Apertar uma corda, por ex. ao afinar uma guitarra, faz com que ela vibre mais rápido. Mas quando as cordas são nanométricas, o aumento da tensão também reduz, ou 'dilue', a perda dos modos vibracionais da corda.
Esse efeito, conhecido como 'diluição de dissipação', foi explorado para desenvolver dispositivos mecânicos para tecnologias quânticas, onde nanocordas tensionadas e projetadas com uma espessura de apenas algumas dezenas de camadas atômicas oscilam mais de dez bilhões de vezes depois de serem arrancadas apenas uma vez. O equivalente em uma guitarra seria um acorde ouvido por cerca de um ano depois de ser tocado.

Pesquisadores da EPFL, liderados pelo professor Tobias J. Kippenberg, fizeram agora uma observação simples sobre osciladores de cristal, que são usados ​​ubíquamente em dispositivos eletrônicos e são conhecidos por possuírem perda de energia mecânica extremamente pequena em baixa temperatura. Os pesquisadores provaram que, se um material cristalino com espessura em nanoescala for esticado com alta tensão e mantiver sua ordem atômica, seria um bom candidato para fazer cordas com vibrações acústicas de longa duração. O estudo foi publicado na Nature Physics .

"Escolhemos filmes de silício tensionado porque é uma tecnologia estabelecida na indústria eletrônica, onde eles são usados ​​para melhorar o desempenho dos transistores", diz o Dr. Nils Engelsen, um dos autores do artigo. "Os filmes de silício tensionados estão, portanto, disponíveis comercialmente em espessuras extremamente pequenas de cerca de 10 nanômetros".

Um grande desafio é que as nanostrings devem ter proporções de aspecto extremas. Neste artigo, os dispositivos nanomecânicos têm 12 nanômetros de espessura e até 6 milímetros de comprimento. Se tal nanostring fosse construída em pé, com um diâmetro de fundação igual ao da torre Burj Khalifa, sua ponta ultrapassaria a órbita terrestre média, onde os satélites GPS circulam a Terra.

"Essas estruturas se tornam frágeis e suscetíveis a pequenas perturbações durante as últimas etapas de sua microfabricação", diz Alberto Beccari, Ph.D. estudante no laboratório de Kippenberg e o primeiro autor do artigo. “Tivemos que reformular completamente nosso protocolo de fabricação para poder suspendê-los sem um colapso catastrófico”.

As nanocordas de silício tensionadas são particularmente interessantes para experimentos de mecânica quântica, onde sua baixa taxa de dissipação fornece excelente isolamento de distúrbios ambientais, permitindo a criação de estados quânticos de alta pureza.

"Uma busca de longa data na física fundamental é estudar e estender as escalas de tamanho e massa de objetos que exibem comportamento da mecânica quântica, antes que os 'chutes' aleatórios cada vez maiores e as flutuações do ambiente quente e barulhento os forcem a se comportar de acordo com às leis da mecânica de Newton", diz Beccari. "Efeitos da mecânica quântica já foram observados com ressonadores mecânicos de mesmo tamanho e massa, em temperaturas próximas ao zero absoluto.

"Além disso, essas nanocordas podem ser usadas como sensores de força de precisão, estando sujeitas a todos os tipos de interações - por exemplo, à minúscula pressão de radiação de feixes de luz, a interações fracas com partículas de matéria escura e a campos magnéticos produzidos por partículas subatômicas. " + Explorar mais

Uma string para governá-los todos