Gli scienziati del Kavli Institute of Nanoscience di TU Delft hanno dimostrato di poter rilevare cambiamenti estremamente piccoli di posizione e forze su fusti di grafene molto piccoli. I fusti di grafene hanno un grande potenziale per essere utilizzati come sensori in dispositivi come i telefoni cellulari. Utilizzando le loro proprietà meccaniche uniche, questi tamburi potrebbero anche fungere da chip di memoria in un computer quantistico. I ricercatori presentano i loro risultati in un articolo nell'edizione del 24 agosto di Nanotecnologia della natura . La ricerca è stata finanziata dalla Fondazione FOM, il programma Marie-Curie dell'UE, e NWO.

Il grafene è famoso per le sue speciali proprietà elettriche, ma la ricerca sulla grafite sottile a uno strato è stata recentemente ampliata per esplorare il grafene come oggetto meccanico. Grazie alla loro massa estremamente ridotta, minuscoli fogli di grafene possono essere usati come la pelle del tamburo di un musicista. Nell'esperimento, gli scienziati usano la luce a microonde per "suonare" i tamburi di grafene, per ascoltare il suo 'nano sound', e per esplorare il modo in cui si muove il grafene in questi tamburi.

Il dottor Vibhor Singh ei suoi colleghi hanno fatto questo utilizzando una membrana di cristallo 2D come specchio in una "cavità optomeccanica". "Nell'optomeccanica si utilizza lo schema di interferenza della luce per rilevare piccoli cambiamenti nella posizione di un oggetto. In questo esperimento, abbiamo sparato fotoni a microonde su un minuscolo tamburo di grafene. Il tamburo funge da specchio:osservando l'interferenza dei fotoni a microonde che rimbalzano sul tamburo, siamo in grado di percepire piccoli cambiamenti nella posizione del foglio di grafene di soli 17 femtometri, quasi 1/10000 del diametro di un atomo.", Singh spiega.

La "luce" a microonde nell'esperimento non è solo utile per rilevare la posizione del tamburo, ma può anche spingere sul tamburo con una forza. Questa forza della luce è estremamente piccola, ma la piccola massa del foglio di grafene e i piccoli spostamenti che possono rilevare significano che lo scienziato può usare queste forze per "battere il tamburo":gli scienziati possono scuotere il tamburo di grafene con lo slancio della luce. Usando questa pressione di radiazione, hanno realizzato un amplificatore in cui segnali a microonde, come quelli del tuo cellulare, sono amplificati dal movimento meccanico del tamburo.

Gli scienziati mostrano anche che è possibile utilizzare questi tamburi come "chip di memoria" per fotoni a microonde, convertire i fotoni in vibrazioni meccaniche e conservarli per un massimo di 10 millisecondi. Anche se non è lungo per gli standard umani, è molto tempo per un chip di computer. "Uno degli obiettivi a lungo termine del progetto è esplorare tamburi di cristallo 2D per studiare il movimento quantistico. Se colpisci un tamburo classico con un bastone, la pelle del tamburo inizierà a oscillare, scuotendo su e giù. Con un tamburo quantico, però, non solo puoi far muovere la pelle del tamburo su e poi giù, ma anche trasformarlo in una 'sovrapposizione quantistica', in cui la testa del tamburo si alza e si abbassa contemporaneamente", afferma il leader del gruppo di ricerca, il dott. Gary Steele. "Questo 'strano' moto quantistico non è solo di rilevanza scientifica, ma potrebbe anche avere applicazioni molto pratiche in un computer quantistico come un "chip di memoria" quantistico".

In un computer quantistico, il fatto che i "bit" quantistici che possono essere sia nello stato 0 che 1 allo stesso tempo gli consentono di eseguire potenzialmente calcoli molto più velocemente di un computer classico come quelli usati oggi. I tamburi di grafene quantistico che "scuotono su e giù allo stesso tempo" potrebbero essere utilizzati per memorizzare informazioni quantistiche allo stesso modo dei chip RAM nel tuo computer, permettendoti di memorizzare il risultato del tuo calcolo quantistico e recuperarlo in un secondo momento ascoltando il suo suono quantistico.