Il mondo dei nanosensori può essere fisicamente piccolo, ma la domanda è grande e in crescita, con pochi segni di rallentamento. Man mano che i dispositivi elettronici diventano più piccoli, la loro capacità di fornire informazioni precise, il rilevamento basato su chip di proprietà fisiche dinamiche come il movimento diventa difficile da sviluppare.

Un gruppo internazionale di ricercatori ha dato una svolta letterale a questa sfida, dimostrazione di un nuovo risonatore optomeccanico su nanoscala in grado di rilevare il movimento torsionale con una sensibilità quasi allo stato dell'arte. Il loro risonatore, in cui si accoppiano luce, dimostra anche la miscelazione della frequenza torsionale, una nuova capacità di influenzare le energie ottiche usando movimenti meccanici. Riportano il loro lavoro questa settimana sul giornale Lettere di fisica applicata .

"Con gli sviluppi della nanotecnologia, la capacità di misurare e controllare il movimento torsionale su scala nanometrica può fornire un potente strumento per esplorare la natura, ", ha affermato Jianguo Huang della Xi'an Jiaotong University in Cina, uno degli autori dell'opera. È anche affiliato alla Nanyang Technological University e all'Institute of Microelectronics, A*STAR a Singapore. "Vi presentiamo un nuovo design 'beam-in-cavity' in cui un risonatore meccanico torsionale è incorporato in una cavità ottica da pista, per dimostrare il rilevamento del movimento torsionale su scala nanometrica".

La luce è già stata utilizzata in modi alquanto simili per rilevare la flessione meccanica o la "respirazione" dei nanomateriali, tipicamente richiedono un accoppiamento complesso e sensibile alla sorgente luminosa. Questo nuovo approccio è nuovo non solo nel rilevamento di coppie su scala nanometrica, ma anche nel suo design integrato di accoppiamento ottico.

Utilizzando un metodo di nanofabbricazione a base di silicio, Huang e il suo team hanno progettato il dispositivo per consentire alla luce di accoppiarsi direttamente tramite un reticolo inciso a una configurazione a guida d'onda, chiamata cavità da pista, in cui si trova il nanorisonatore.

"Poiché la luce viene accoppiata nella cavità della pista attraverso un accoppiatore a reticolo, il movimento torsionale meccanico nella cavità altera la propagazione della luce e cambia [la] potenza della luce in uscita, " ha detto Huang. " Rilevando la piccola variazione della luce in uscita, i movimenti di torsione possono essere misurati."

Oltre a rilevare le coppie sui loro bracci di leva di lunghezza micron, i risonatori possono anche influenzare le proprietà ottiche risultanti del segnale incidente. La frequenza torsionale del sistema meccanico si mescola ai segnali ottici modulati.

"La parte più sorprendente è che quando moduliamo la luce in ingresso, possiamo osservare il missaggio di frequenza, " Ha detto Huang. "È eccitante per la miscelazione della frequenza poiché è stato dimostrato solo da modalità di flessione o respirazione prima. Questa è la prima dimostrazione del missaggio di frequenze torsionali, che possono avere implicazioni per la modulazione del segnale RF su chip, come i ricevitori supereterodina che utilizzano risonatori ottici meccanici."

Questo è solo l'inizio per i potenziali usi dei nanosensori basati sulla coppia. Teoricamente, ci sono una serie di trucchi di frequenza che questi dispositivi potrebbero svolgere per l'elaborazione del segnale e le applicazioni di rilevamento.

"Continueremo a esplorare i caratteri unici di questo sensore optomeccanico torsionale e cercheremo di dimostrare nuovi fenomeni, come l'inferenza dell'accoppiamento optomeccanico dispersivo e dissipativo nascosto dietro il rilevamento, " Huang ha detto. "Per l'ingegneria, materiali magnetici o elettricamente sensibili possono essere rivestiti sulla superficie dei fasci torsionali per rilevare piccole variazioni dei campi fisici, come i campi magnetici o elettrici per fungere da sensori multifunzionali."