O mundo dos nanosensores pode ser fisicamente pequeno, mas a demanda é grande e crescente, com poucos sinais de desaceleração. Conforme os dispositivos eletrônicos ficam menores, sua capacidade de fornecer a detecção baseada em chip de propriedades físicas dinâmicas, como movimento, torna-se um desafio para desenvolver.

Um grupo internacional de pesquisadores deu uma torção literal neste desafio, demonstrando um novo ressonador optomecânico em nanoescala que pode detectar o movimento de torção com sensibilidade próxima do estado da arte. Seu ressonador, em que eles acoplam luz, também demonstra mistura de frequência de torção, uma nova capacidade de impactar energias ópticas usando movimentos mecânicos. Eles relatam seu trabalho esta semana no jornal Cartas de Física Aplicada .

"Com o desenvolvimento da nanotecnologia, a capacidade de medir e controlar o movimento de torção em nanoescala pode fornecer uma ferramenta poderosa para explorar a natureza, "disse Jianguo Huang da Universidade Xi'an Jiaotong na China, um dos autores da obra. Ele também é afiliado à Universidade Tecnológica de Nanyang e ao Instituto de Microeletrônica, A * STAR em Cingapura. "Apresentamos um novo projeto de 'feixe na cavidade', no qual um ressonador mecânico de torção é embutido em uma cavidade óptica de pista de corrida, para demonstrar a detecção de movimento torcional em nanoescala. "

A luz já foi usada de maneiras um tanto semelhantes para detectar a flexão mecânica ou "respiração" de nanomateriais, normalmente requer acoplamento complexo e sensível à fonte de luz. Esta nova abordagem é nova não apenas em sua detecção de torques em nanoescala, mas também em seu design de acoplamento de luz integrado.

Usando um método de nanofabricação à base de silício, Huang e sua equipe projetaram o dispositivo para permitir que a luz se acople diretamente através de uma grade gravada a uma configuração de guia de ondas, chamada de cavidade da pista de corrida, em que o nanorressonador fica.

"À medida que a luz é acoplada à cavidade da pista de corrida por meio de um acoplador de grade, o movimento de torção mecânico na cavidade altera a propagação da luz e muda [a] potência da luz de saída, "disse Huang." Ao detectar a pequena variação da luz de saída, os movimentos de torção podem ser medidos. "

Além de apenas detectar torques em seus braços de alavanca de comprimento mícron, os ressonadores também podem afetar as propriedades ópticas resultantes do sinal incidente. A frequência de torção do sistema mecânico se mistura com os sinais óticos modulados.

"A parte mais surpreendente é que quando modulamos a luz de entrada, podemos observar a mistura de frequência, "Huang disse." É emocionante para a mistura de frequência, uma vez que só foi demonstrado por modos de flexão ou respiração antes. Esta é a primeira demonstração de mistura de frequência de torção, o que pode ter implicações para a modulação do sinal de RF no chip, como receptores super-heteródinos que usam ressonadores ópticos mecânicos. "

Este é apenas o começo para possíveis usos de nanosensores baseados em torque. Teoricamente, há uma série de truques de frequência que esses dispositivos podem fazer para aplicações de processamento e detecção de sinais.

"Continuaremos a explorar personagens únicos deste sensor optomecânico de torção e tentaremos demonstrar novos fenômenos, como a inferência de acoplamento optomecânico dispersivo e dissipativo escondido atrás do sensor, "Huang disse." Para engenharia, materiais magnéticos ou eletricamente sensíveis podem ser revestidos na superfície de feixes de torção para detectar pequenas variações de campos físicos, como campos magnéticos ou elétricos para servir como sensores multifuncionais. "