Наноэлектронная схема, которая вибрирует без какой-либо внешней силы

Новый эксперимент показывает, что нано-схемы могут создавать движения непосредственно от электрического тока. Исследователи используют углеродные нанотрубки для создания таких цепей.

Электрон-фононное взаимодействие является одним из фундаментальных взаимодействий квазичастиц в твердых телах. Он играет решающую роль в нескольких физических явлениях и способствует собственной энергии электрона.

Предельный предел электрон-фононной связи может быть представлен одноэлектронным транзистором, встроенным в наномеханический резонатор. Это может позволить быстрые и чувствительные измерения.

Недавно группа исследователей из Университета Оксфорда и Университета Ланкастера разработала наноэлектронную схему, которая вибрирует сама без какой-либо внешней силы. Это показывает, что нано-схемы могут производить движения непосредственно от электрического тока.

Как они создали это устройство?

Исследователи использовали углеродную нанотрубку-чрезвычайно тонкую проволоку диаметром около 3 нанометров. Чтобы поставить это в контекст, гитарная струна примерно в 100 000 раз толще, чем эта углеродная нанотрубка.

Нанотрубку наносили на металлические контактные электроды и охлаждали до температуры 25 мК (0,025 градуса выше абсолютного нуля). Средняя часть нанотрубки могла свободно вибрировать.

Вибрация может быть обнаружена путем пропускания электрического тока через трубку и измерения изменений электрического сопротивления.

Исследовательская группа обнаружила, что нанотрубка вибрирует, когда ее заставляют двигаться через колебательное напряжение. Это похоже на вибрацию гитарной струны (когда она оторвана).

Затем они провели эксперимент еще раз без напряжения. Результаты были довольно удивительными на этот раз. При определенных сценариях нанотрубка вибрировала сама по себе. Крошечная гитарная струна играла сама.

Что вызывает вибрации?

В таком маленьком приборе каждый электрон (от электрического тока) играет значительную роль. Отдельные электроны прыгают один за другим на нанотрубку и дают крошечный, случайный толчок друг к другу. Тщательно контролируя определенные параметры, можно синхронизировать и производить колебания.

Поскольку углеродная нанотрубка в сотни тысяч раз тоньше струны гитары, она вибрирует с более высокой частотой. Он колеблется в диапазоне ультразвука, поэтому вы не можете услышать его без использования звукоусилительного устройства.

Исследователи присвоили ноту этой «наноэлектронной гитаре»: она колеблется с частотой 231 МГц, так что это струна А, сжимаемая на 21 октаву выше обычной настройки.

Колеблющаяся нано цепь может быть использована для измерения вязкости квантовых жидкостей и усиления крошечных сил, как в новых микроскопах.

Дальнейшее развитие этой схемы может заменить одноэлектронный транзистор на когерентную двухуровневую систему, такую ​​как двойная квантовая точка, сверхпроводящий одноэлектронный транзистор. Это также позволит исследовать сложные явления в полностью квантовом пределе.