محققان سوئیسی رشته‌های نانویی از جنس سیلیکون ساختند که خواص کوانتومی ویژه‌ای دارد. آنها روش ابتکاری برای ساخت چنین رشته‌ای ابداع کردند.
دانشمندان نانو رشته‌های سیلیکونی با خواص کوانتومی را مهندس کردند
وقتی سیمی سفت می‌شود، مثلاً هنگام کوک گیتار، سریع‌تر ارتعاش پیدا می‌کند. اما در مورد رشته‌هایی با اندازه نانو، کشش افزایش‌یافته نیز کم شده در نتیجه حالت‌های ارتعاشی رشته نیز تضعیف می‌شود. این اثر، “رقت اتلاف” نامیده شده که برای ساختن سیستم‌های مکانیکی برای فن‌آوری‌های کوانتومی استفاده می‌شود، جایی که نانورشته‌های مهندسی شده تنیده با ضخامت تنها چند ده لایه اتمی پس از یک بار کشیده شدن بیش از ده میلیارد بار نوسان می‌کنند. معادل گیتاری است که تقریباً یک سال پس از نواخته شدن همچنان صدای آن شنیده می‌شود.
دانشمندان در EPFL با هدایت پروفسور توبیاس جی. کیپنبرگ، مطالعاتی روی نوسانگرهای بلوری انجام داده‌اند که به طور جهانی در سیستم‌های الکترونیکی استفاده می‌شوند و مشخص شده است که انرژی مکانیکی بسیار کمی را در دماهای پایین از دست می‌دهند.
دانشمندان به این نتیجه رسیدند که اگر یک ماده بلوری با ضخامت در مقیاس نانو به شدت کشیده شود و در عین حال نظم اتمی خود را نیز حفظ کند، رقیب خوبی برای تولید رشته‌هایی با ارتعاشات صوتی طولانی مدت خواهد بود. جزئیات این مطالعه در مجله Nature Physics منتشر شده است.
دکتر نیلز انگلسن، نویسنده این مقاله در EPFL می‌گوید: «ما فیلم‌های سیلیکونی را انتخاب کردیم، زیرا یک فناوری جا افتاده در صنعت الکترونیک است، جایی که از آنها برای بهبود عملکرد ترانزیستورها استفاده می‌شود. فیلم‌های سیلیکونی صاف شده در ضخامت‌های بسیار کوچک حدود ۱۰ نانومتر به صورت تجاری در دسترس هستند.»
یک چالش بزرگ این است که نانورشته‌ها باید دارای نسبت‌های بسیار زیاد باشند. در این مقاله، دستگاه‌های نانومکانیکی ضخامت ۱۲ نانومتر و طول ۶ میلی‌متر دارند. اگر چنین نانورشته‌ای به صورت ایستاده و با قطر پایه برابر با قطر برج خلیفه ساخته می‌شد، نوک آن از مدار ماهواره‌های GPS زمین، فراتر می‌رفت.
آلبرتو بکاری، نویسنده اول مقاله و دانشجوی دکترا در آزمایشگاه کیپنبرگ EPFL می‌گوید: «این سازه‌ها در آخرین مراحل ساخت خود، شکننده و مستعد اختلالات کوچک می شوند. ما مجبور شدیم پروتکل ساخت خود را به طور کامل اصلاح کنیم تا بتوانیم آنها را بدون فروپاشی فاجعه بار به حالت تعلیق درآوریم.»
نانورشته‌های سیلیکونی فشرده‌شده به‌ویژه برای آزمایش‌های مکانیکی کوانتومی قابل توجه هستند، جایی که نرخ اتلاف کم آنها موجب ایزولاسیون عالی از اختلالات محیطی می‌شود و امکان تشکیل حالت‌های کوانتومی با خلوص بالا را فراهم می‌کند.
آلبرتو بکاری می‌افزاید: «اثرات مکانیکی کوانتومی قبلاً با رزوناتورهای مکانیکی با همان اندازه و جرم، در دمای نزدیک به صفر مطلق مشاهده شده است. علاوه بر این، این نانورشته‌ها می‌توانند به‌عنوان حسگرهای نیرو دقیق مورد استفاده قرار گیرند.»
