Ajankohtaista

Tutkijat onnistuivat soittamaan nanorumpua

Nanorumpu
Grafeenikalvo (valkoinen) värähtelee kolmella eri taajuudella. Keskimmäistä värähtelytilaa (vihreä) virittämällä on mahdollista siirtää energiaa perustaajuudelta (sininen) korkeimmalle taajuustilalle (punainen) ja täten efektiivisesti jäähdyttää perustilaa. Vastaavasti korkeimman tilan (punainen) pakottaminen johtaa energian siirtymiseen keskimmäiselle (vihreä) ja perustilalle (sininen) johtaen näiden vahvistamiseen. Kuva: R. De Alba.
Grafeenikalvojen epälineaarisia ilmiöitä voi hyödyntää teleteknologiassa

Tavallisen rumpusetin rumpujen tavoin nanomittakaavan grafeenikalvoilla on joukko ominaisia värähtelytiloja, jotka vastaavat tiettyjä värähtelytaajuuksia. Näitä tiloja voidaan virittää kohdistamalla niihin ulkoinen jännite.

Nature Nanotechnology -julkaisussa ilmestyneessä työssä Cornellin ja Jyväskylän yliopistojen tutkijat ovat näyttäneet, että pyöreitä grafeenikalvoja voidaan soittaa rumpusetin tavoin sopivan ulkoisen voiman avulla.

Virittämällä systeemiä tietyllä taajuudella eli soittamalla tiettyä nuottia, tutkijat pystyivät hallitsemaan kalvon käyttäytymistä vahvistaen tai heikentäen sen värähtelyä viritysolosuhteista riippuen.

Teknisesti tämä tulos saavutettiin asettamalla grafeenikalvo ulkoiseen vakiojännitteeseen, jota käytettiin viritystapin tavoin. Tämä mahdollisti kalvon jännityksen hallitsemisen ja sen seurauksena voitiin suunnitella kytkentä, joka salli jonkin värähtelytilan säätämisen jotain toista tilaa virittämällä. Grafeenin erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, erityisesti sen uskomaton jäykkyys, mahdollistivat eri tilojen kytkemisen toisiinsa.

Löytö helpottaa mekaanisten grafeeniresonaattoreiden käyttämistä telekommunikaatiosovelluksissa esimerkiksi taajuussekoittimina. Lisäksi lähelle absoluuttista nollapistettä jäähdytettyinä nämä värähtelijät voivat olla tärkeässä roolissa erittäin heikkojen kvanttisignaalien havaitsemisessa sekä uusien telekommunikaatioteknologioiden määrittämisessä, joissa kvanttimittakaavan odottamattomat ominaisuudet voivat oleellisesti lisätä informaation välittämisen turvallisuutta.

Tutkimus sai rahoitusta Suomen Akatemialta.

Lisätietoja:
Akatemiatutkija Francesco Massel, puh. + 358-45-870 1514, francesco.p.massel@jyu.fi (englanniksi)

 Artikkeli:
R De Alba et al., “Tunable Phonon Cavity Coupling in Graphene Membranes,”  Nature Nanotechnology http://dx.doi.org/10.1038/nnano.2016.86

kuuluu seuraaviin kategorioihin: ,