每秒振動10萬次:超振動納米弦的振動時間比任何固態材料都要長

知新了了 2024-05-23 08:19:48

“想象一下,一個秋千一旦被推動,就會持續擺動近100年,因爲它幾乎沒有通過繩子損失任何能量。”代爾夫特理工大學(Delft University of Technology)的一名研究人員說,他已經幫助他的團隊在納米尺度上完成了一項類似的壯舉。

在制造超振動納米弦的過程中,諾爾特和他的代爾夫特理工大學的同事們,以及布朗大學的科學家們,將一股極具彈性的氮化硅(Si3N4)拉伸到3厘米長,同時保持其厚度僅爲70納米。研究人員在《自然通訊》上發表的一篇論文中寫道,這“相當于可靠地生産出厚度爲1毫米的陶瓷結構,懸浮在近半公裏的高空。”

同樣來自代爾夫特理工大學的研究合著者安德裏亞·庫比蒂諾說:“我們的制造過程與當今納米技術的可能方向不同。”

她補充說:“這種極端的結構只有在納米尺度上才可行,因爲重力和重量的影響是不同的。這種結構在我們的日常尺度上是不可實現的,但在用于測量物理量(如壓力、溫度、加速度和磁場)的微型設備中特別有用,我們稱之爲MEMS傳感。”

一旦納米線被制造出來,它們就被夾在微芯片上。然後,這些弦被證明能夠在環境溫度下每秒振動10萬次而不會失去太多動量。這樣的壯舉以前只在接近絕對零度的材料中表現出來。

代爾夫特大學的報告稱:“新開發的納米線擁有在室溫環境中夾緊物體的最高機械質量系數;在它們的情況下,夾緊在微芯片上。”

諾爾特補充說,納米弦令人難以置信的振動能力是由于它們的結構和組成,這使得能量很難泄漏,也很難被環境噪音進入。

他說:“這項創新對于研究室溫下的宏觀量子現象至關重要 —— 在這種環境下,這種現象以前被噪音掩蓋了。雖然量子力學的奇怪定律通常只在單個原子中出現,但納米弦將自己與我們日常的基于熱的振動噪聲隔離開來的能力,使它們能夠打開一扇窗戶,了解自己的量子特征;由數十億個原子組成的弦。在日常環境中,這種能力將對基于量子的傳感有有趣的用途。”

研究人員說,他們的發現可能會導致下一代麥克風和其他納米級聲學設備,或者可以用來制造先進的導航加速度計。高縱橫比機械諧振器,也被稱爲納米線,也經常用于精密傳感設備,如宏觀波探測器。

在他們的論文中,科學家們還指出,與他們創造的納米弦具有相同性質的納米弦,可以幫助研究暗物質,研究熵和時間,以及理解被稱爲卡西米爾效應的量子現象。

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知新了了

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