İsveç’teki Chalmers Teknoloji Üniversitesi ve Almanya’daki Magdeburg Üniversitesi’nden araştırmacılar, yüksek mekanik kalite ile piezoelektrikliği birleştiren nanomekanik bir rezonatör geliştirdiler. Bu gelişme kuantum algılama teknolojilerinde yeni olasılıkların kapısını aralayabilir.
Mekanik rezonatörler, ses dalgaları oluşturmak için rezonans frekanslarında titreşen diyapazonlar da dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için yüzyıllardır kullanılmaktadır. Mikrofabrikasyondaki ilerlemeler sayesinde araştırmacılar, mekanik rezonatörleri mikro ve nanometre ölçeğine kadar küçültmeyi başardılar; bu onların makroskobik muadillerine kıyasla çok daha yüksek frekanslarda salınmalarına ve daha fazla hassasiyet sergilemelerine olanak tanıdı.
“Bu özellikler nanomekanik rezonatörleri küçük kuvvetleri veya kütle değişikliklerini tespit etmek gibi hassas deneylerde faydalı kılmaktadır. Chalmers Teknoloji Üniversitesi’nde fizik profesörü ve araştırmanın proje lideri Witlef Wieczorek, “Kuantum teknolojilerindeki potansiyel kullanımları nedeniyle son zamanlarda kuantum fizikçileri arasında büyük ilgi gördüler” diyor.
Algılama ve kuantum teknolojisi uygulamaları için büyük bir mekanik kalite faktörü gereklidir; bu, rezonatörün artan hassasiyet sergilediğini ve kuantum hareket durumlarının daha uzun sürdüğünü gösterir. En verimli nanomekanik rezonatörlerin çoğu, olağanüstü mekanik özellikleriyle bilinen bir malzeme olan gerilmiş silikon nitrürden yapılır. Bununla birlikte, silikon nitrür piezoelektrik değildir, bu da yerinde kontrol gerektiren uygulamalarda veya nanomekanik rezonatörlerin diğer sistemlerle arayüzünü gerektiren uygulamalarda kullanımını sınırlar.
Bu sorunu çözmek için araştırmacılar silikon nitrürün üzerine işlevsel bir malzeme eklediler ancak bu genellikle mekanik kalite faktörünün azalmasına neden oluyor. Bilim adamlarının, yüksek mekanik kalite faktörünü koruyan piezoelektrik bir malzeme olan gerilmiş alüminyum nitrürden yapılmış nanomekanik bir rezonatörü göstererek büyük bir adım attıkları yer burasıdır.
“Piezoelektrik malzemeler mekanik hareketi elektrik sinyallerine dönüştürür ve bunun tersi de geçerlidir. Bu, algılama uygulamalarında nanomekanik rezonatörü doğrudan algılamak ve kontrol etmek için kullanılabilir. Ayrıca, kuantum rejimine kadar bilgi aktarımıyla ilgili olan mekanik ve elektriksel serbestlik derecelerini eşleştirmek için de kullanılabilir” diyor Chalmers kuantum bilimcisi ve çalışmanın baş yazarı Anastasia Siers.
Alüminyum nitrür rezonatörü, 10 milyondan fazla kalite faktörüne ulaştı; bu, gerilmiş alüminyum nitrürün kuantum sensörleri veya kuantum dönüştürücüler için güçlü yeni bir platform olabileceğini gösteriyor. Artık araştırmacıların iki ana hedefi var: cihazların kalite faktörünü daha da geliştirmek ve kuantum algılama uygulamaları için piezoelektrik kullanımına izin verecek nanomekanik rezonatörlerin gerçekçi tasarımları üzerinde çalışmak.
Çalışma Advanced Materials dergisinde yayınlandı.
