Strain pode ser usado para projetar propriedades incomuns em nanoescala. Pesquisadores do laboratório de Tobias Kippenberg na EPFL aproveitaram esse efeito para criar uma nanoestração de perda extremamente baixa. Quando arrancado, a corda vibra por minutos com um período de um microssegundo (equivalente a uma nota de guitarra padrão tocando por um mês). Usando-o como um microfone ultrassensível, os pesquisadores esperam ser capazes de detectar o som de fótons em um feixe de laser. O trabalho é publicado em Ciência .

Uma lição sobre gerenciamento de estresse

Para um engenheiro mecânico, o estresse geralmente é um incômodo. Gerenciado corretamente, Contudo, também pode ser uma ferramenta poderosa:um corpo elástico responde ao estresse ajustando a distância entre seus átomos (tensão), que pode ser usado para controlar as propriedades de seus elétrons. Um exemplo dessa engenharia de deformação elástica é o transistor moderno, cuja velocidade de operação é aumentada pelo estresse de seu material de porta de silício.

A tensão também pode ser usada para projetar as propriedades de um corpo elástico. Esticando uma corda de violão, por exemplo, mudará não apenas seu som (sua frequência vibracional), mas também seu fator de qualidade (o número de vibrações produzidas por uma única pinça). Este efeito, conhecido como "diluição de dissipação, "indesejável em muitos círculos musicais, mas em outros campos pode ser uma vantagem tremenda.

Maior nem sempre é melhor

Um desses campos é a nanomecânica, onde o fator de qualidade de um oscilador dita sua utilidade para aplicações como detecção de força. Na última década, osciladores nanomecânicos tensos surgiram como um paradigma importante devido aos seus fatores de qualidade anormalmente elevados; Contudo, essa tendência não é tanto uma escolha de design quanto um artefato de grandes tensões naturalmente produzidas em nanoescala.

Armado com um poderoso conjunto de ferramentas no Centro de MicroNanoTecnologia da EPFL, pesquisadores do laboratório de Kippenberg começaram a desenvolver dispositivos nanomecânicos com diluição de dissipação e tensão deliberadamente aprimorada. Eles descobriram que uma corda é uma geometria ideal para isso, embora seu movimento deva ser localizado longe de seus suportes e co-localizado com seu perfil de tensão interna.

Para atender a esses requisitos, os pesquisadores modelaram a corda em uma estrutura periódica na qual as vibrações podiam ser aprisionadas em torno de um defeito central:um cristal fonônico. Para co-localizar a tensão, o defeito é cuidadosamente cônico, e todo o padrão é impresso em uma corda de aproximadamente 10 nm de espessura e 1 cm de comprimento (o equivalente a esticar a ponte Golden Gate através do oceano Pacífico).

As medições feitas em dispositivos nanoestring em temperatura ambiente revelam modos localizados que vibram a 1 MHz por dezenas de minutos, correspondendo a um fator de qualidade de 800 milhões. Transposto para uma corda de violão padrão, uma nota equivalente tocaria por um mês.

Ouvindo luz

Por força de sua pequena massa e fatores de qualidade extremos, Espera-se que nanoestras semelhantes às desenvolvidas no laboratório de Kippenberg tenham um impacto importante nas aplicações tradicionais de detecção. Operado como sensores de força, por exemplo, eles são capazes de detectar distúrbios locais ao nível de attonewtons, equivalente à atração gravitacional entre os seres humanos.

Uma aplicação intrigante é detectar forças fracas da luz. Ao acoplar uma nanoestring a um guia de onda óptico, O laboratório de Kippenberg recentemente demonstrou a capacidade de detectar o som suave de fótons fluindo em um feixe de laser (cada um transmitindo uma pequena força de pressão de radiação à corda). Em uma reviravolta surpreendente, eles mostraram como esta medição pode ser usada para gerar um estado não clássico de luz conhecido como luz comprimida, que pode ser usado para aumentar a sensibilidade de um interferômetro óptico.

Eles agora estão fazendo uma pergunta diferente:é possível usar o mesmo campo de luz para detectar as flutuações de vácuo da nanoestring (uma consequência de sua natureza semelhante a fônons)? "O princípio da incerteza de Heisenberg prevê que as duas capacidades são proporcionais, "diz Dalziel Wilson, um dos autores do artigo. "Operar neste chamado limite quântico padrão oferece a possibilidade de resfriar um objeto mecânico de tamanho tangível da temperatura ambiente ao zero absoluto (seu estado fundamental de movimento), o ponto de partida para uma miríade de experimentos quânticos. "