Utilizzando l'esperienza del Center for Nanoscale Materials (CNM) nella progettazione e fabbricazione di dispositivi su micro e nanoscala, una nuova strategia per la progettazione di oscillatori di rumore a bassa frequenza sfrutta i fenomeni non lineari intrinseci dei risonatori micro e nanomeccanici. Una limitazione fondamentale di tali risonatori è stata affrontata da un team di ricercatori del Nanofabrication &Devices Group che lavora con il CNCT, Argentina.

Gli oscillatori meccanici sono un componente essenziale di quasi tutti i sistemi elettronici che richiedono un riferimento di frequenza per il cronometraggio o la sincronizzazione. Sono anche ampiamente utilizzati nei sensori di massa basati su spostamento di frequenza, forza, e campo magnetico. Sfortunatamente, poiché le dimensioni delle strutture a semiconduttore vibrante sono ridotte alla micro e nanoscala, la loro risposta dinamica alle ampiezze necessarie per il funzionamento spesso diventa non lineare.

Inoltre, grandi instabilità di spostamento e rumore di frequenza eccessivo degradano notevolmente le loro prestazioni. In questo regime, a differenza del caso lineare, la frequenza di risonanza ha una forte dipendenza con l'ampiezza dell'oscillazione. Ciò aumenta considerevolmente il rumore di frequenza dell'oscillatore, e quindi, i vantaggi di operare ad ampiezze più elevate sono annullati.

La limitazione è stata superata accoppiando due diversi modi vibrazionali attraverso una risonanza interna, dove lo scambio di energia tra i modi è tale che la risonanza di un modo assorbe le fluttuazioni di ampiezza e frequenza dell'altro. Questo agisce efficacemente come un circuito di feedback negativo meccanico stabilizzante.

Il risultato dimostra che le prestazioni del rumore a frequenza molto bassa sono possibili nel regime non lineare e fornisce un percorso per sostituire gli oscillatori al quarzo con la tecnologia dei sistemi nanoelettromeccanici.