«Представьте себе качели, которые, если их толкнуть, продолжают раскачиваться почти 100 лет, потому что через веревки они почти не теряют энергии». Так говорит исследователь из Делфтского технологического университета, который помог своей команде совершить аналогичный подвиг в наномасштабе.
При создании супервибрационных нанострун Норте и его коллеги из Делфтского технического университета – вместе с учеными из Университета Брауна – растянул нить чрезвычайно упругого нитрида кремния (Si3N4) на длину 3 см (1,2 дюйма), сохранив при этом ее толщину всего 70 нанометров. Это «эквивалентно надежному изготовлению керамических конструкций толщиной в один миллиметр, подвешенных на расстоянии почти полкилометра», пишут исследователи в статье, опубликованной в .Nature Communications.
«Наш производственный процесс идет в другом направлении по сравнению с тем, что возможно сегодня в нанотехнологиях», — говорит соавтор исследования Андреа Купертино, также из Делфтского технического университета.
«Подобные экстремальные структуры возможны только на наномасштабах, где эффекты гравитации и веса действуют по-разному», — добавляет она. «Это позволяет создавать структуры, которые были бы невозможны в наших повседневных масштабах, но которые особенно полезны в миниатюрных устройствах, используемых для измерения физических величин, таких как давление, температура, ускорение и магнитные поля, которые мы называем МЭМС-датчиками».
После изготовления нанострун их закрепляли над микрочипом. Затем было показано, что струны способны вибрировать 100 000 раз в секунду, не теряя при этом большой импульс при температуре окружающей среды. Ранее такой подвиг демонстрировался только с материалами, температура которых близка к абсолютному нулю.
«Недавно разработанные наноструны обладают самыми высокими механическими показателями качества, когда-либо зарегистрированными для любого зажимаемого объекта в условиях комнатной температуры; в их случае они закреплены на микрочипе», — говорится в отчете Делфтского технического университета.
Норте добавляет, что невероятно вибрационные Емкость нанострун обусловлена их структурой и составом, что затрудняет утечку энергии, а также проникновение шума окружающей среды.
«Это нововведение имеет решающее значение для изучения макроскопических квантовых явлений при комнатной температуре – в средах, где такие явления ранее были замаскированы шумом», – говорит он. «Хотя странные законы квантовой механики обычно наблюдаются только в отдельных атомах, способность нанострун изолировать себя от нашего повседневного теплового вибрационного шума позволяет им открыть окно в свои собственные квантовые сигнатуры — струны, состоящие из миллиардов атомов. В повседневной жизни такая возможность могла бы найти интересное применение для квантового зондирования».
Исследователи говорят, что их открытие может привести к созданию микрофонов следующего поколения и других наноакустических устройств или может быть использовано для создания усовершенствованные акселерометры для навигации. Механические резонаторы с высоким соотношением сторон, как называют нанопровода, также регулярно используются в прецизионном оборудовании, таком как макроскопические волновые детекторы.
В своей статье ученые также заявляют, что наноструны, обладающие теми же качествами, что и созданные ими, могут помочь в поисках темной материи, изучении энтропии и времени, а также в понимании квантового явления, известного как Эффект Казимира.
