ساخت کوچکترین حسگر نوسانی در جهان

نانولوله‌های کربنی و مولکول‌های مغناطیسی می‌توانند به‌عنوان واحد‌های سازنده در سیستم‌های نانوالکترونیک آینده مورد استفاده قرار گیرند. خواص الکترونیکی و مکانیکی این مواد نقش مهمی در این سیستم‌ها دارند. پژوهشگران موسسه فناوری کارلسرو با همکاری همتایان فرانسوی خود در دانشگاه استراسبورگ اخیرا روشی یافته‌اند که با استفاده از آن می‌توان این اجزاء را در مقیاس اتمی با یکدیگر ترکیب کرد. با این کار امکان تولید سیستم‌های کوانتومی با خواص جدید فراهم می‌شود. نتایج این پژوهش در نشریه Nature Nanotechnology به چاپ رسیده است.

در این پژوهش محققان از نانولوله کربنی در دو الکترود فلزی استفاده کردند به‌طوری که نانولوله‌ها روی سطح این الکترودها به‌صورت عمودی قرار گرفته بودند. فاصله میان این دو الکترود در حدود یک میکرون است و نانولوله‌ها قادراند نوسان داشته باشند. پژوهشگران این پروژه یک مولکول آلی را که دارای اسپین مغناطیسی است روی این سیستم قرار دادند. اسپین این مولکول به شکلی جهت‌گیری کرد که در راستای میدان مغناطیسی اعمالی باشد.

ماریو روبن رهبر این تیم تحقیقاتی از موسسه فناوری کارلسروهه می‌گوید در این روش ما نشان دادیم که لرزش و نوسان نانولوله کربنی به‌صورت مستقیم به جهت‌گیری اسپین بستگی دارد در واقع این که اسپین موازی یا ناموازی با میدان مغناطسی باشد روی لرزش نانولوله کربنی اثرگذار خواهد بود.

زمانی که جهت‌گیری اسپین تغییر کند این تغییر توسط نانولوله کربنی احساس می‌شود و نانولوله شروع به نوسان می‌کند. با به لرزه در آمدن نانولوله، فاصله اتمی میان لوله‌ها نیز تغییر می‌کند در نتیجه هدایت الکتریکی سیستم تغییر می‌کند. با اندازه گیری مقدار هدایت و تغییر آن می‌توان فرآیند چرخش اسپین را رصد کرد.

برهمکنش قوی میان اسپین مغناطیسی و نوسانات مکانیکی می‌تواند فرصت‌های زیادی برای استفاده از این پدیده ایجاد کند. برای مثال با استفاده از این روش جدید می‌توان جرم مولکول‌های منفرد را اندازه‌گیری کرد، همچنین نیروی مغناطیسی را در محدوده‌ای نانومقیاس به‌دست آورد. از سوی دیگر امکان استفاده از این سیستم به‌عنوان بیت کوانتومی در کامیپوترهای کوانتومی وجود دارد.

بر اساس اطلاعات تکمیلی موجود در این مقاله، برهمکنش‌ها اهمیت زیادی در دنیای کوانتومی دارند، از این برهمکنش‌ها می‌توان برای اثرات نانوسکوپی در حوزه‌های ماکروسکوپی استفاده کرد. ترکیب اسپین، نوسان و چرخش در مقیاس نانو می‌تواند کاربردهای تازه‌ای در فناوری‌ها مختلف ایجاد کند.