رفتار عجیب ادوات نانومقیاس هنگام نوسان

پژوهشگران دریافته‌اند که نوسانگرهایی که از نانولوله‌های کربنی و گرافن ساخته شده‌اند، در هنگام کاهش نوسان، می‌توانند رفتار غیرخطی داشته باشند. این درحالی است که نوسانگرها معمولا رفتار کاملا خطی دارند.

پژوهشگران دریافته‌اند که نوسانگرهایی که از نانولوله‌های کربنی و گرافن ساخته شده‌اند،
در هنگام کاهش نوسان، می‌توانند رفتار غیرخطی داشته باشند. این درحالی است که
نوسانگرها معمولا رفتار کاملا خطی دارند

نوسانگرهای مکانیکی دستگاه‌هایی هستند که در صنایع با فناوری بالا استفاده می‌شوند.
در این صنایع، نوسانگرها زمان را در قطعات الکترونیکی مشخص می‌کنند، همچنین عبور
رادیویی را پایدار می‌کنند. نوسان بیشتر نوسانگرها به‌صورت خطی کاهش می‌یابد. اخیر
آدریان باچتولد، از موسسه نانوفناوری کاتالان، نشان داده است که نوسانگرهای که از
نانولوله‌های کربنی و گرافن ساخته شده‌اند می‌توانند رفتار غیرخطی داشته باشند. این
موضوع می‌تواند فرصت‌هایی برای ساخت شناساگرهای نیرو و جرم با حساسیت بسیار بالا
ایجاد کند.

این پژوهشگر و همکارانش در مقاله‌ای که اخیرا در نشریه Nature Nanotechnology به
چاپ رساندند توضیح دادند که چگونه آنها با ریختن ورقه‌های گرافنی‌ بسیار کوچک یا
نانولوله‌های کربنی و چسباندن آنها به هم، موفق شدند تا نوسانگرهای نانومقیاس
بسازند. این دستگاه بسیار شبیه سیم‌های گیتار است، می‌تواند در فرکانس‌های ویژه‌ای
به ارتعاش در آید.

در همه نوسانگرهایی که تاکنون مورد مطالعه قرار گرفته است، از نوسانگرهای چند متری
تا نوسانگرهای چند دهم نانومتری، کاهش نوسانات کاملا خطی و قابل پیش بینی بوده است.
با این حال این گروه تحقیقاتی ثابت کردند که این موضوع استثناء داشته و اگر ابعاد
نوسانگر در مقیاس اتمی و در مقادیر خاصی باشد، انگاه رفتار غیرخطی از آن بروز خواهد
کرد. یکی از مهمترین چیزهایی که آنها نشان دادند این است که کاهش نوسان در
نوسانگرهایی از جنس نانولوله یا گرافن به شدت غیرخطی است و از این موضوع می‌تواند
در تقویت سیگنال‌ها و بهبود حساسیت استفاده کرد.

این یافته‌ها پیامدهای عمیقی دارد، کاهش نوسان به‌عنوان هسته فیزیک در نوسانگرهای
نانوالکترومکانیکی تلقی می‌شود، همچنین جزو اصلی آزمایشات حسگری و کوانتومی محسوب
می‌گردد. با توجه به نتایج این پروژه، بیشتر پیش‌بینی‌های انجام شده روی ادوات
الکترومکانیکی نانومقیاس که در آنها از گرافن و نانولوله کربنی استفاده شده است،
باید در آنها تجدید نظر کرد. یافته‌های این پروژه موجب بهبود دینامیک نوسانگرهای
نانومقیاس شده و موجب می‌شود بهبود چشمگیری در عملکرد ادوات مختلف بوجود آید. در
حال حاضر آدریان باچتولد و همکارانش موفق شده‌اند رکورد جدید در فاکتور کیفیت
نوسانگرهای گرافنی و میزان حس سیگنال‌های بسیار ضعیف توسط نوسانگرهای نانولوله‌ای
ثبت کنند.

این کار بسیار به‌موقع انجام گرفته است، زیرا تعداد گروه‌های مختلفی که دارای
پیشینه کاری متفاوت هستند و روی نوسانگرهای نانولوله/گرافنی کار می‌کنند رو به
افزایش است. این مسئله اثرات مثبتی در این حوزه به‌دنبال دارد.