Tutkijat paljastavat energiakaskadeja pienissä resonaattoreissa

”Kuvittele näpäyttäväsi kitaran kieltä”, apulaisprofessori Farbod Alijani selittää. ”Lopulta sen energia haihtuu ympäristöönsä ja värähtelyt hitaasti vaimenevat.”

Hänen tiiminsä suunnitteli nanomittakaavan kielen, joka käyttäytyy hyvin omaleimaisella tavalla. ”Kun näppäilemme kieltä jatkuvasti ensimmäisessä moodissa, havaitsimme, että energia suuntautuu kielen sisällä korkeamman asteen värähtelytiloihin, jotka aktivoivat toisen, ja aina viidenteen värähtelytilaan asti. Toisin sanoen, samassa nanosäikeessä tapahtuu samanaikaisesti viisi eri moodia.”

Tutkijat ovat ensimmäistä kertaa saavuttaneet tällaisen modaalisten vuorovaikutusten ketjureaktion. ”Suunnittelimme nanosäikeen hyvin tarkoituksella tämän mahdollistamiseksi”, lisää postdoc Zichao Li. ”Kielet ovat erittäin ohuita, noin sata kertaa ohuempia kuin ihmisen hiukset.

Sijoitamme monet niistä sirulle, jonka kiinnitämme toimilaitteeseen, joka värähtelee tietyillä taajuuksilla. Nämä värähtelyt kulkeutuvat ketjuun ja virittävät sen moodit.” Sen sijaan, että ketju olisi kiinnitetty jäykästi molemmista päistä, tiimi käytti pehmeää kiinnitystä, jonka ansiosta kieli voi taipua vapaammin ja ketjureaktio on mahdollinen.

Kun nanosäie värähtelee, se ei liiku vain yhdellä kiinteällä tavalla. Jokaisella kappaleella on useita värähtelytiloja: erillisiä liikekuvioita, joilla jokaisella on oma taajuutensa. Ensimmäinen tila on yksinkertaisin, jossa koko säie liikkuu ylös ja alas yhdessä tasaisessa kaaressa. Korkeammissa moodeissa ilmestyy solmuja, jotka ovat pisteitä, jotka pysyvät paikallaan, vaikka muu osa säikeestä värähtelee. Mitä korkeampi tila, sitä monimutkaisemmaksi kuvio muuttuu.

Tämä kaskadikäyttäytyminen on enemmän kuin erikoisuus. Tutkijat odottavat tämän löydöksen olevan erittäin vaikuttava anturisovelluksissa. ”Jokainen aktivoituva moodi avaa uuden kanavan aistimiseen”, Li selittää, ”mikä tekee siitä erittäin hyödyllisen erittäin herkkien antureiden kehittämisessä.”

Periaatteessa he voivat nyt saavuttaa yhdellä nanosäikeellä sen, mikä perinteisesti on vaatinut useita erillisiä laitteita.

Tiimi aikoo nyt jatkaa tämän työlinjan laajentamista ja tutkia, miten näitä kaskadeja voidaan soveltaa tulevaisuuden nanomekaanisten laitteiden suunnittelussa.

”Olemme vasta alkuvaiheessa sille, mikä voi olla mahdollista, kun nanomekaaniset laitteet suunnitellaan hyödyntämään vuorovaikutuskaskadeja uusissa anturisovelluksissa”, Alijani päättää.

Aiheesta aiemmin:

Nanokielet voivat väristä lähes ikuisesti

Askel kohti mekaanisten kubittien toteuttamista