استفاده کاربردی از نانوسیم‌ها به عنوان نوسانگر

کریس برتنس یکی از محققان NIST و یکی از نویسندگان مقاله مربوط به این
پژوهش که نانوسیم‌های مذکور را رشد داده است، می‌گوید: «ما فکر می‌کنیم
جالب‌ترین چیز در مورد این نانوسیم‌ها، فاکتور کیفیت بسیار بالای مشاهده
شده برای چنین ساختارهای کوچکی می‌باشد».

NIST یک روش منحصر به فرد برای رشد نانوسیم‌های شش‌وجهی نیترید گالیوم
توسعه داده است که این نانوسیم‌ها چگالی نقص پایین و شدت لومینسانس بالایی
دارند. محققان NIST و دانشگاه کلورادو در بولدر در یک مقاله جدید برای
نانوسیم‌های با قطر ۳۰ تا ۵۰۰ نانومتر و طول ۵ تا ۲۰ میکرون فاکتورهای
کیفیت بالایی گزارش کرده‌اند؛ این نانوسیم‌ها مابین ۴۰۰۰۰۰ تا ۸/۲ میلیون
بار در ثانیه ارتعاش می‌کنند. برای مقایسه جالب است بدانیم بلورهای کوارتز
به کار رفته در ساعت‌ها معمولاً حدود ۳۲۰۰۰ بار در ثانیه ارتعاش می‌کنند.

این نانوسیم‌ها زمانی که روی یک ابزار پیزوالکتریک تحریک شده توسط یک
سیگنال الکتریکی قرار گرفتند، شروع به نوسان نمودند. همچنین زمانی که این
نانوسیم‌ها به صورت مستقیم توسط یک تابش الکترونی تحریک شدند، شروع به
ارتعاش نمودند؛ این امر به دلیل خاصیت ذاتی پیزوالکتریکی نیترید گالیوم
می‌باشد که می‌تواند اختلاف پتانسیل را به نیروی مکانیکی تبدیل کند.

Q نشان دهنده میزان میرایی ارتعاشات در یک سیستم مکانیکی به عنوان تابعی از
فرکانس می‌باشد؛ به عنوان مثال در یک زنگوله هر چه Q بالاتر باشد، مدت زمان
ارتعاش و صدا دادن آن پس از ضربه زدن به آن طولانی‌تر خواهد بود. به طور
معمول در یک نوسانگر مکانیکی با کاهش قطر نوسانگر، فاکتور Q در آن کاهش می
یابد. اما نانوسیم‌های نیترید گالیوم ویژگی‌هایی دارند که می‌توانند فاکتور
Q را تقویت کرده و آنها را به نوسانگرهای کاربردی خوبی تبدیل کنند.

این نانوسیم‌ها سطح بسیار نرم و مسطحی دارند (بی‌نظمی‌ها موجب کاهش عملکرد
نوسانگرهای دیگر می‌شود). همچنین فرکانس ارتعاش نیترید گالیوم شبیه سیلیکون
بوده، اما حساسیت کمتری نسبت به برخی منابع پارازیت دارد. در نهایت نیترید
گالیوم ظرفیت حرارتی و رسانایی دمایی بالایی دارد که این امر حساسیت آن را
نسبت به نوسانات دمایی کاهش می‌دهد. مزیت کاربردی دیگر این نانوسیم‌ها این
است که روی سیلیکون رشد داده می‌شوند و در نتیجه با روش‌های فرآوری
میکروالکترونیکی موجود سازگار می‌باشند.