Os modos vibracionais dos ressonadores nanomecânicos são análogos a diferentes notas de uma corda de violão e possuem propriedades semelhantes, como frequência (altura) e tempo de vida. O tempo de vida é caracterizado pelo fator de qualidade, que é o número de vezes que o ressonador oscila até que sua energia seja reduzida em 70%. O fator de qualidade é crucial para as aplicações modernas de ressonadores mecânicos, pois determina o nível de ruído térmico, que é um limite para detecção de forças fracas e observação de efeitos quânticos.
Agora, cientistas da EPFL liderados pelo professor Tobias J. Kippenberg mostram que um polígono regular suspenso em seus vértices suporta modos vibracionais ao longo do perímetro com fatores de qualidade extremamente altos. Isso é consequência da simetria geométrica dos polígonos regulares, combinada com as propriedades elásticas das estruturas sob tração. Essa abordagem de engenharia de perdas tem uma vantagem importante sobre as técnicas anteriores:realizar fatores de alta qualidade em dispositivos com dimensões muito menores.

"Os novos modos de perímetro não apenas bateram o recorde de fator de qualidade mais alto, mas são quase 20 vezes mais compactos do que dispositivos com desempenho semelhante", diz Nils Engelsen, autor sênior do estudo. "A compacidade traz benefícios práticos reais. Em nosso laboratório, tentamos medir e controlar vibrações mecânicas em nível quântico usando luz, o que exige a suspensão de ressonadores mecânicos a menos de um micrômetro de uma estrutura que guia a luz. Essa façanha é muito mais simples com dispositivos compactos."

O design descomplicado dos ressonadores de polígonos permite que os autores dêem um passo adiante e façam uma cadeia de ressonadores de polígonos conectados. Essa cadeia de osciladores acoplados pode se comportar de maneira surpreendentemente diferente de um único ressonador. Os autores estudam a dinâmica particular dessa cadeia, que surge da forma como os ressonadores estão conectados.

O sensoriamento de força de precisão é uma aplicação importante dos ressonadores nanomecânicos. Ao medir as flutuações de posição de um ressonador poligonal usando um interferômetro óptico, os autores demonstram que esses ressonadores podem medir flutuações de força tão baixas quanto 1 attonewton. Esse nível de sensibilidade se aproxima do dos microscópios de força atômica de última geração.

"Esperamos que a sensibilidade à força demonstrada dos polígonos, combinada com sua compacidade e simplicidade, inspire seu uso em microscópios de força reais", diz Mohammad Bereyhi, que liderou o estudo publicado na Physical Review X .

"Até agora, as melhorias nos fatores de qualidade mecânica têm custado o aumento do tamanho e da complexidade do projeto, tornando os dispositivos de última geração muito difíceis de fabricar. Com os modos de perímetro é uma história diferente. Acredito que a simplicidade do este novo design expande muito seu potencial para encontrar aplicações novas e promissoras." + Explorar mais

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