Onderzoekers verduidelijken de microscopische oorsprong van dissipatie met grafeen

Mechanische bronnen van dissipatie spelen een sleutelrol in de moderne fysica, met toepassingen die nanomechanica, biomechanica, materiaalkunde en kwantumcomputers omvatten. Bij klokken en andere vibrerende mechanismen is het energieverlies meestal evenredig met de snelheid van het trillende object. Maar in speciale omstandigheden, waarbij de ene resonantiefrequentie van de resonator precies twee keer zo hoog is als de andere resonantiefrequentie, worden deze verliezen plotseling veel groter, omdat er extra energie verloren gaat door de koppeling tussen deze trillingsmodi. Met steun van de European Research Council (ERC), universitair hoofddocent Farbod Alijani en Ata Keşkekler Ph.D. student bij de afdeling precisie- en microsysteemtechniek van de TU Delft, heeft de interactie tussen de vibratietoestanden van een grafeennanodrum zo afgestemd dat de ene modus precies twee keer zo snel trilt als de andere. Daarbij lieten ze ook zien dat het met dit mechanisme mogelijk is om de dempingskracht te sturen via de koppelsterkte tussen de twee vibratiestanden.

Ata Keşkekler: “Normaal gesproken is de snelheid waarmee het geluid van een gitaarsnaar wegsterft onafhankelijk van hoe hard je hem tokkelt. Als we echter een analogie maken tussen een nanoresonator en een gitaar, vinden we in dit werk een mechanisme dat aangeeft dat als je een andere snaar stemt dichtbij een noot die het eerste octaaf is van de snaar die wordt gespeeld, wordt de snelheid van verval afhankelijk van hoe hard je hem tokkelt. Hoe dichter bij het octaaf, hoe sterker deze afhankelijkheid. “

Aangezien er tot nu toe weinig mogelijkheden waren om de dempingskracht in nanosystemen te beïnvloeden, effent dit onderzoek de weg naar opwindende mogelijkheden om de oorsprong van dissipatie op nanoschaal beter te begrijpen en om ultragevoelige bestuurbare sensoren te realiseren. Voor dit onderzoek werkten de onderzoekers samen met collega’s van Ben Gurion University en het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft.

Deze week, Natuurcommunicatie publiceerde de resultaten van deze studie.