科普專欄 / Information

利用石墨烯實現世界上最小和最多才多藝的鼓

近日,研究人員表明實現了電子化操縱納米厚度的鼓振動的能力。這些鼓每秒振動高達100萬次 ——不能由人耳聽到,但可以用小的電路來感測,這可以用來制造新型質量傳感器。

印度的塔塔基礎科學研究院的研究人員,已經證明其擁有了可以操縱納米級厚度的鼓振動的能力——實現了世界上最小和最多才多藝的鼓。這項工作在提高小質量型探測器的靈敏度影響頗大——檢測類病毒的小分子的質量非常重要。這也開啟了探索基礎物理學令人興奮的新的方面大門。
這項工作,利用石墨烯實現了一個原子厚材料的奇迹,制造具有高度可調機械頻率和不同模式之間的耦合鼓。模式之間的耦合被證明是可控的,從而導緻建立新的、混合模式,并進一步允許振動的擴增。該實驗包括研究機械振動模式,還是“單音”,類似于音樂鼓。小尺寸的鼓輪(直徑0.003毫米, 比人類頭發的直徑小30倍)引起了在100兆赫茲的範圍内高振動頻率——這意味着此鼓在一秒鐘可以振動100萬次。

由曼德爾·德希穆克教授領導的納米電子集團的博士研究生約翰·馬修為主要作者完成的此次工作,表明這些鼓的音符可以通過利用電的力量彎曲,或應變。鼓的彎曲還導緻了鼓彼此交互的不同模式。同時導緻了兩個音符之間的能源晃動。“我們現在表明,使用這種互動,能量可以在不同模式之間轉移,導緻在鼓上形成新的‘音符’模式,”德希穆克教授說。能量轉移的速率可以通過調節耦合電信号被精确地控制。此外這項工作,利用了機械方式耦合的操縱損失到環境中的能量,并展示了振動運動的擴增,相當于從鼓中的聲音的增加。

在低溫下,較高的機械頻率将允許音符之間的量子力學性質的能量傳遞的研究。鼓的各個音符之間的耦合也可以被工程化機械邏輯電路的工作,并導緻在量子信息處理的改進。擴增機械運動的能力也将有助于提高基于納米鼓傳感器的靈敏度。該項研究獲得了印度政府原子能部和科學技術部的資助。

來源:江南石墨烯研究院(本文系轉載,并不代表本網站觀點,如涉及版權等問題,請聯系我們以便處理)

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