پژوهشگران دانشگاه ییل در راستای شناسایی مولکول‌های منفرد، اسپین‌های تک‌الکترونی و تشخیص مقادیر بسیار کم مواد و یا جابه‌جایی‌ها، نانولرزانک‌هایی مبتنی بر سیلیکون توسعه داده‌اند که اندازه آنها از طول موج نور کمتر است. این لرزانک‌ها بر مبنای اصول فتونیک عمل کرده و نیازی به تقویت‌کننده‌های الکتریکی و تجهیزات لیزری گران ندارند.
استفاده از امواج نوری در حسگرهای نانومکانیکی
پژوهشگران دانشگاه ییل در راستای شناسایی مولکول‌های منفرد، اسپین‌های تک‌الکترونی و تشخیص مقادیر بسیار کم مواد و یا جابه‌جایی‌ها، نانولرزانک‌هایی مبتنی بر سیلیکون توسعه داده‌اند که اندازه آنها از طول موج نور کمتر است. این لرزانک‌ها بر مبنای اصول فتونیک عمل کرده و نیازی به تقویت‌کننده‌های الکتریکی و تجهیزات لیزری گران ندارند.
در مقاله‌ای که توسط این محققان منتشر شده است، نسل جدیدی از ابزارهای اندازه‌گیری اَبَرحساس در مقیاس اتمی معرفی شده است.
در سامانه‌های نانوالکترومکانیکی (NEMS)، لرزانک‌ها بنیادی‌ترین حسگرهای مکانیکی به شمار می‌آیند. این ساختارهای بسیار کوچک که یک انتهای آنها ثابت بوده و انتهای دیگر آنها آزاد است، همانند یک تخته شیرجه نانومقیاس عمل می‌کنند که زمانی که مولکول‌ها روی آنها «می‌پرند»، یک تغییر قابل اندازه‌گیری را ثبت می‌کنند. مقاله منتشر شده نشان می‌دهد که چگونه می‌توان با به‌کارگیری فتونیک یکپارچه برای تشخیص حرکات لرزانک‌ها، کارایی NEMS را بهبود بخشید.
هونگ تانگ، استادیار مهندسی برق و مکانیک در دانشکده مهندسی و علوم کاربردی دانشگاه ییل و یکی از نویسندگان مقاله مذکور می‌گوید: «سامانه‌ای که توسعه داده‌ایم حساس‌ترین سامانه در نوع خود است که در دمای اتاق کار می‌کند. قبلاً دستیابی به این حد از حساسیت تنها در دماهای بسیار پایین امکان‌پذیر بود».
این سیستم می‌تواند خم شدن لرزانک‌ها را تا حد ۰۰۰۱/۰ آنگستروم (یک ده هزارم اندازه یک اتم) تشخیص دهد.
محققان دانشگاه ییل برای تشخیص این حرکت بسیار کوچک یک ساختار فتونیکی را توسعه دادند که موج نوری را هدایت کرده و از درون لرزانک عبور می‌دهد. این نور پس از خروج از انتهای آزاد لرزانک، از یک شکاف نانومتری به صورت تونل‌زنی عبور کرده و روی یک تراشه جمع‌آوری می‌شود. تانگ می‌گوید: «تشخیص این موج نوری پس از این تونل‌زنی ناپایدار موجب ایجاد حساسیت بی‌سابقه‌ای می‌شود».
بخش اصلی این پیشرفت جدید روشی است که گروه تانگ برای اتصال یا به عبارت دیگر «سیم‌کشی» حسگرها به نور استفاده کرده است. محدودیت‌های مرتبط با پهنای باند روش‌های الکتریکی و یا محدودیت‌های مربوط به ضریب شکست منابع نوری باعث محدود شدن روش پیشنهادی آنها نمی‌شود.
ولفرام پرنیس، یکی دیگر از پژوهشگران این کار می‌گوید: «ما برای راه‌اندازی این ابزار به لیزر نیاز نداریم. LEDهای بسیار ارزان برای کار ما کافی هستند». به علاوه، اندازه منابع نوری LED را می‌توان به نحوی تنظیم کرد که در یک تراشه نانوفتونیکی جای بگیرند.
جزئیات این کار پژوهشی در شماره ۲۶ آوریل مجله Nature Nanotechnology به صورت آنلاین منتشر شده است.
