کارایی بالا برای ابزارهای نانوالکترومکانیکی

فیلیپ فنگ و میخاییل روکس از مؤسسه علوم نانوی کاولی(Kavli) با همراهی
همکارانشان از موسسه فناوری کالیفرنیا، نخستین نوسان‌ساز نانوالکترومکانیکی
مستقل و فرکانس‌بالا(یا نوسان‌سازِ NEMS) را ساخته‌اند. ویژگی منحصربه‌فرد این
ابزار، استقلال کامل در تولید سیگنال‌های AC یا رادیوفرکانسی(RF) است.
نیرومحرکه این ابزار تنها از یک چشمه DC گرفته می‌شود؛ این در حالی است که
نوسان‌سازهای معمولی و «منفعل» برای برانگیختگی و ورود به حالت تشدید به یک
چشمه سیگنال تناوبی خارجی نیازمندند.

نوسان‌ساز نانوالکترومکانیکی جدید، تشدیدی در حدود ۴۲۸ میلیون چرخه بر ثانیه در
یک باند بسامدی بسیار بالا(۳۰۰ مگاهرتز تا ۳ گیگاهرتز) دارد. از این نوسان‌ساز،
دارای یک تشدیدکننده‌ و یک مدارِ بازخوردِ الکتریکی است و در ساختمان آن از یک
میله دوسرگیردار(شکل را ببینید) ـ که تنها ۱/۶۵میکرون طول، ۱۲۰ نانومتر عرض و
۸۰ نانومتر ضخامت دارد ـ استفاده شده‌است. این میله از طریق فرایندهای
نانوساختی ـ که مشابه با فرایندهای مورد استفاده در ساخت اجزای الکترونیکی
درونی تراشه‌های رایانه‌ای بودند ـ ساخته شده‌است.

بنا به اظهارات فنگ، «ضربان»های ایجادشده از نوسان مکانیکی این ابزار، بسامد
نوسان‌ساز را تعیین می‌کنند. علاوه بر این،طراحی و تنظیم بازخورد الکتریکی به
گونه‌ای بوده‌است که به شکل دقیقی اتلاف در سیستم را جبران می‌کند و به این
ترتیب نوسان‌های پایدار ایجاد می‌شود.

نوسان‌سازهای NEMS، برای به‌کارگیری در حسگرهای مدرن؛ همانند حسگرهای آشکارسازِ
جرم‌های بسیار کوچک بسیار مناسب هستند. استفاده از آنها موجب پیدایش یک
جابه‌جایی قابل ‌اندازه‌گیری در بسامد تشدید می‌شود. عملاً نمونه آزمایشی‌ ـ که
به‌وسیله محققان مذکور ساخته شده‌است ـ در قیاس با ریزترازوهای بلوری کوآرتزی
معمولی، نسبت به جرم یک میلیارد برابر حساس‌تر است.

برخی دیگر از کاربردهای این ابزار، هم‌زمان‌سازی، ساعت‌های NEMS و نوسان‌سازهای
موضعی برای پردازش سیگنال و ارتباطات است، همچنین ممکن است بتوان از این فناوری
در تحقیقات بنیادی در زمینه مترولوژی نانومقیاس(مثل آشکارسازی فرایند‌های
فیزیکی پایه‌ای در آزمایش‌ها) نیز استفاده کرد.

هم‌اکنون گروه مذکور قصد دارد تا فناوری ابداعی خود را با گونه‌های مدرنِ
مدارهای مجتمعِ RF ادغام کنند. فنگ در این خصوص گفت:«چنانچه این فناوری سیستم-
بر- تراشه‌ با ابزارهای و آرایه‌های نانوالکترومکانیکی بسیار حساس همراه شود،
منجر به پیشرفتی شگرف در بسیاری از کاربردهای پردازش سیگنال و حسگرها خواهد شد،
همچنین ما به شکلی فعال، به بررسی نوسان‌سازهای نانوالکترومکانیکی جفت‌شده و
همگام‌شده مشغولیم.»

نتایج این تحقیق در نشریه Nature Nanotechnology به چاپ رسیده‌است.