محققان فنلاندی دانشگاه آلتو نشان دادند که چگونه میتوان یک نوسانگر نانومکانیکی را برای شناسایی و افزایش امواج ماکرویو استفاده کرد. با این دستگاه بسیار کوچک که شباهت زیادی به گیتار دارد میتوان با کمترین اختلال افزایش امواج را انجام داد.
ساخت آمپلیفایر ماکروویو نانومکانیکی بدون نویز
این محققان نوسانگر نانومغناطیسی که هزاران برابر کوچکتر از موی انسان است را تا دمای بسیار پایین، نزدیک صفر مطلق، سرد کردند. تحت چنین شرایطی اجسامی که ابعاد آنها در حد ماکروسکوپی است از قوانین فیزیک کوانتوم تبعیت میکند، قوانینی که معمولا برخلاف قوانین فیزیک است. محققان در آزمایشگاه دمای پایین، میلیاردها اتم که شامل نوسانگر نانومکانیکی است را بهنحوی نوسان دادند که حالت کوانتومی آنها با هم مشترک باشد.
آنها این دستگاه را با استفاده از نوسانگر جعبهای ابرهادی ساختند که میتواند انرژی را با نوسانگر نانومکانیکی مبادله کند. با این کار امکان افزایش حرکت رزونانسی آنها وجود خواهد داشت. این مکانیسم بسیار شبیه چیزی است که درگیتار اتفاق میافتد یعنی رشتههای گیتار و محفظه داخلی با یک فرکانس مشخص تشدید میشوند. در این دستگاه بهجای صوت، امواج ماکرویو هستند که تشدید میگردند.
محققان نشان دادند که چگونه ابزاری گیتار مانند، میتواند سیگنالهای الکترومغناطیسی را شناسایی و افزایش دهد. آمپلیفایرهای ترانزیستور نیمههادی ادوات بسیار پر صدا و پیچیدهای هستند که فاصله زیادی با آنچه که با فیزیک کوانتومی ایجاد میشود دارد. نتایج تحقیقات این پروژه نشان داد که با بهرهگیری از حرکت نوسانی کوانتومی میتوان با کمترین اختلال امواج ماکرویو را افزایش داد. البته از این سیستم میتوان برای شناسایی سیگنالهای بسیار ضعیف ماکرویو نیز استفاده کرد.
فرانچسکو ماسل میگوید که در هر روش یا دستگاهی همیشه یک مقدار اختلال به سیستم افزوده میشود. در تئوری، ما به این محدودیت برخوردهایم اما در عمل به این محدودیت بسیار نزدیک شده اما به آن نرسیدهایم. این تحقیقات نتایج بسیار غیرمنتظرهای را بههمراه داشته است. ما در ابتدا قصد داشتیم که نوسانگر نانومکانیکی را سرد کنیم تا به حالت پایه کوانتومی برسیم. این سرد کردن موجب شد تا سیگنال پیمایشی تضعیف شود اما تغییر فرکانس لیزر ماکروویو، شدت امواج شدیدا افزایش یافت. در حقیقت ما موفق به تولید یک آمپلیفایر ماکرویو کوانتومی شدهایم. جذابیت این تحقیق در سادگی عملکرد آمپلیفایر است: این آمپلیفایر تنها از دو نوسانگر جفت شده تشکیل شده اند.
نتایج این تحقیق در قالب مقالهای تحت عنوانMicrowave amplification with nanomechanical resonators در نشریه Nature به چاپ رسیده است.
