p Uma equipe de pesquisa conjunta do CEA / Universidade de Grenoble-Alpes, junto com parceiros internacionais, desenvolveu uma técnica de diagnóstico capaz de identificar problemas de desempenho em nanorressonadores, um tipo de nanodetector usado em pesquisa e indústria. Esses sistemas nanoeletromecânicos, ou NEMS, nunca foram usados ​​em suas capacidades máximas. Os limites de detecção observados na prática sempre estiveram bem abaixo do limite teórico e, até agora, esta diferença permaneceu inexplicada. Usando uma abordagem totalmente nova, os pesquisadores já conseguiram avaliar e explicar esse fenômeno. Seus resultados, descrito na edição de 29 de fevereiro de Nature Nanotechnology , deve agora ser possível encontrar maneiras de superar esse déficit de desempenho. p NEMS tem muitos aplicativos, incluindo a medição da massa ou força. Como uma minúscula corda de violino, um nanorressonador vibra em uma frequência ressonante precisa. Essa frequência muda se as moléculas de gás ou partículas biológicas se acomodam na superfície do nanorressonador. Essa mudança na frequência pode então ser usada para detectar ou identificar a substância, permitindo um diagnóstico médico, por exemplo. As dimensões extremamente pequenas desses dispositivos (menos de um milionésimo de um metro) tornam os detectores altamente sensíveis.

p Contudo, esta resolução é restringida por um limite de detecção. O ruído de fundo está presente além do sinal de medição desejado. Os pesquisadores sempre consideraram esse ruído de fundo uma característica intrínseca desses sistemas (ver Figura 2). Apesar dos níveis de ruído serem significativamente maiores do que o previsto pela teoria, a impossibilidade de compreender os fenômenos subjacentes tem, até agora, levou a comunidade de pesquisa a ignorá-los.

p A equipe de pesquisa CEA-Leti e seus parceiros revisaram todas as medições de estabilidade de frequência na literatura, e identificou uma diferença de várias ordens de magnitude entre os limites teóricos aceitos e as medidas experimentais.

p Além de avaliar essa deficiência, os pesquisadores também desenvolveram uma técnica de diagnóstico que poderia ser aplicada a cada nanorressonador individual, usando seus próprios ressonadores de silício monocristalino de alta pureza para investigar o problema.

p A frequência ressonante de um nanorressonador é determinada pela geometria do ressonador e pelo tipo de material usado em sua fabricação. Portanto, é teoricamente fixo. Forçando o ressonador a vibrar em frequências definidas perto da frequência ressonante, Os pesquisadores do CEA-Leti conseguiram demonstrar um efeito secundário que, além do ruído de fundo, interfere na resolução do sistema e em seu limite de detecção. Este efeito causa pequenas variações na frequência de ressonância. Essas flutuações na frequência de ressonância resultam da extrema sensibilidade desses sistemas. Embora seja capaz de detectar pequenas mudanças na massa e força, eles também são muito sensíveis às variações mínimas de temperatura e aos movimentos das moléculas em sua superfície. Na escala nano, esses parâmetros não podem ser ignorados, pois impõem um limite significativo no desempenho dos nanorressonadores. Por exemplo, uma pequena mudança na temperatura pode alterar os parâmetros do material do dispositivo, e, portanto, sua frequência. Essas variações podem ser rápidas e aleatórias.

p A técnica experimental desenvolvida pela equipe permite avaliar a perda de resolução e determinar se ela é causada pelos limites intrínsecos do sistema ou por uma flutuação secundária que pode, portanto, ser corrigida. Uma patente foi aplicada para cobrir esta técnica. A equipe de pesquisa também mostrou que nenhuma das hipóteses teóricas até agora avançadas para explicar essas flutuações na frequência de ressonância pode atualmente explicar o nível de variação observado.

p A equipe de pesquisa, portanto, continuará o trabalho experimental para explorar a origem física dessas flutuações, com o objetivo de alcançar uma melhoria significativa no desempenho dos nanorressonadores.