Energiedissipatie is een belangrijk ingrediënt voor het begrijpen van veel fysieke verschijnselen in de thermodynamica, fotonica, chemische reacties, kernsplijting, fotonen emissies, of zelfs elektronische schakelingen, onder andere.

In een vibrerend systeem, de energiedissipatie wordt gekwantificeerd door de kwaliteitsfactor. Als de kwaliteitsfactor van de resonator hoog is, de mechanische energie zal in een zeer laag tempo verdwijnen, en daarom zal de resonator uiterst nauwkeurig zijn in het meten of waarnemen van objecten, waardoor deze systemen zeer gevoelige massa- en krachtsensoren kunnen worden, evenals opwindende kwantumsystemen.

Nemen, bijvoorbeeld, een gitaarsnaar en laat hem trillen. De vibratie die in de snaar ontstaat, resoneert in het lichaam van de gitaar. Doordat de trillingen van het lichaam sterk gekoppeld zijn aan de omringende lucht, de energie van de snaartrilling zal efficiënter in het omgevingsbad verdwijnen, het volume van het geluid te verhogen. Het is bekend dat het verval lineair is, omdat het niet afhankelijk is van de trillingsamplitude.

Nutsvoorzieningen, neem de gitaarsnaar en krimp hem tot nanometerafmetingen om een ​​nanomechanische resonator te verkrijgen. In deze nanosystemen Er is waargenomen dat energiedissipatie afhangt van de amplitude van de trilling, beschreven als een niet-lineair fenomeen, en tot nu toe is van geen enkele voorgestelde theorie bewezen dat deze dit dissipatieproces correct beschrijft.

In een recente studie, gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie , ICFO-onderzoekers Johannes Güttinger, Adrian Noury, Peter Weber, Camille Lagoin, Joël Moser, onder leiding van Prof. bij ICFO Adrian Bachtold, in samenwerking met onderzoekers van de Chalmers University of Technology en ETH Zürich, hebben een verklaring gevonden voor het niet-lineaire dissipatieproces met behulp van een nanomechanische resonator op basis van meerlaags grafeen.

In hun werk, het team van onderzoekers gebruikte een op grafeen gebaseerde nanomechanische resonator, goed geschikt voor het observeren van niet-lineaire effecten in energievervalprocessen, en gemeten met een supergeleidende microgolfholte. Een dergelijk systeem is in staat om de mechanische trillingen in zeer korte tijd te detecteren en is tevens gevoelig genoeg om minimale verplaatsingen en over een zeer breed bereik van trillingsamplitudes te detecteren.

Het team nam het systeem, dwong het uit evenwicht met behulp van een drijvende kracht, en schakelde vervolgens de kracht uit om de trillingsamplitude te meten naarmate de energie van het systeem afnam. Ze voerden meer dan 1000 metingen uit voor elk energievervalspoor en konden waarnemen dat wanneer de energie van een trillingsmodus vervalt, de mate van verval bereikt een punt waarop het abrupt verandert in een lagere waarde. Het grotere energieverval bij trillingen met hoge amplitude kan worden verklaard door een model waarbij de gemeten trillingsmodus "hybridiseert" met een andere modus van het systeem en ze tegelijk afnemen. Dit komt overeen met de koppeling van de gitaarsnaar aan het lichaam, hoewel de koppeling niet-lineair is in het geval van de grafeen nano-resonator. Naarmate de trillingsamplitude afneemt, de snelheid verandert plotseling en de modi worden ontkoppeld, resulterend in relatief lage vervalsnelheden, dus in zeer grote kwaliteitsfactoren van meer dan 1 miljoen. Deze abrupte verandering in het verval is tot nu toe nooit voorspeld of gemeten.

Daarom, de resultaten die in deze studie zijn bereikt, hebben aangetoond dat niet-lineaire effecten in grafeen nanomechanische resonatoren een hybridisatie-effect onthullen bij hoge energieën dat, indien gecontroleerd, zou nieuwe mogelijkheden kunnen openen om trillingstoestanden te manipuleren, ingenieur hybride toestanden met mechanische modi op totaal verschillende frequenties, en om de collectieve beweging van zeer afstembare systemen te bestuderen.