Le modalità vibrazionali dei risuonatori nanomeccanici sono analoghe alle diverse note di una corda di chitarra e hanno proprietà simili come frequenza (altezza) e durata. La durata è caratterizzata dal fattore di qualità, che è il numero di volte in cui il risonatore oscilla finché la sua energia non si riduce del 70%. Il fattore qualità è cruciale per le moderne applicazioni dei risonatori meccanici in quanto determina il livello di rumore termico, che è un limite per il rilevamento di forze deboli e l'osservazione degli effetti quantistici.

Ora, gli scienziati dell'EPFL guidati dal professor Tobias J. Kippenberg mostrano che un poligono regolare sospeso ai suoi vertici supporta modalità vibrazionali lungo il perimetro con fattori di qualità estremamente elevati. Questa è una conseguenza della simmetria geometrica dei poligoni regolari, combinata con le proprietà elastiche delle strutture in tensione. Questo approccio all'ingegneria delle perdite ha un vantaggio importante rispetto alle tecniche precedenti:realizzare fattori di alta qualità in dispositivi con footprint molto più piccoli.

"Le nuove modalità perimetrali non solo battono il record per il fattore di qualità più elevato, ma sono quasi 20 volte più compatte di dispositivi con prestazioni simili", afferma Nils Engelsen, autore senior dello studio. "La compattezza comporta reali vantaggi pratici. Nel nostro laboratorio, cerchiamo di misurare e controllare le vibrazioni meccaniche a livello quantistico utilizzando la luce, che richiede la sospensione di risonatori meccanici a meno di un micrometro da una struttura che guida la luce. Questa impresa è molto più semplice con dispositivi compatti."

Il design semplice dei risuonatori poligonali consente agli autori di fare un ulteriore passo avanti e creare una catena di risuonatori poligonali collegati. Questa catena di oscillatori accoppiati può comportarsi in modo sorprendentemente diverso da un singolo risonatore. Gli autori studiano la dinamica particolare di questa catena, che nasce dal modo in cui i risuonatori sono collegati.

Il rilevamento della forza di precisione è un'applicazione importante dei risonatori nanomeccanici. Misurando le fluttuazioni di posizione di un risonatore poligonale utilizzando un interferometro ottico, gli autori dimostrano che questi risonatori possono misurare fluttuazioni di forza fino a 1 attonewton. Questo livello di sensibilità si avvicina a quello dei microscopi a forza atomica all'avanguardia.

"Ci auguriamo che la dimostrata sensibilità alla forza dei poligoni combinata con la loro compattezza e semplicità ispirerà il loro uso nei microscopi a forza reali", afferma Mohammad Bereyhi, che ha guidato lo studio pubblicato su Physical Review X .

"Finora, i miglioramenti nei fattori di qualità meccanica sono arrivati ​​a scapito di maggiori dimensioni e maggiore complessità del design, rendendo molto difficile la fabbricazione di dispositivi all'avanguardia. Con le modalità perimetrali è una storia diversa. Credo che la semplicità di questo nuovo design espande notevolmente il suo potenziale per trovare applicazioni nuove e promettenti". + Esplora ulteriormente

Ring my string:costruzione di nano-stringhe di silicio