De wereld van nanosensoren mag dan fysiek klein zijn, maar de vraag is groot en groeit, met weinig tekenen van vertraging. Naarmate elektronische apparaten kleiner worden, hun vermogen om nauwkeurige, op chips gebaseerde detectie van dynamische fysieke eigenschappen zoals beweging wordt een uitdaging om te ontwikkelen.

Een internationale groep onderzoekers heeft een letterlijke draai gegeven aan deze uitdaging, het demonstreren van een nieuwe optomechanische resonator op nanoschaal die torsiebeweging kan detecteren met een bijna ultramoderne gevoeligheid. hun resonator, waarin ze licht koppelen, demonstreert ook torsiefrequentiemenging, een nieuw vermogen om optische energieën te beïnvloeden met behulp van mechanische bewegingen. Ze rapporteren deze week over hun werk in het journaal Technische Natuurkunde Brieven .

"Met de ontwikkelingen van nanotechnologie, het vermogen om torsiebewegingen op nanoschaal te meten en te controleren, kan een krachtig hulpmiddel zijn om de natuur te verkennen, " zei Jianguo Huang van de Xi'an Jiaotong Universiteit in China, een van de auteurs van het werk. Hij is ook verbonden aan de Nanyang Technological University en aan het Institute of Microelectronics, A*STAR in Singapore. "We presenteren een nieuw 'beam-in-cavity'-ontwerp waarin een mechanische torsieresonator is ingebed in een optische holte van een racebaan, om torsiebewegingsdetectie op nanoschaal aan te tonen."

Licht is al op enigszins vergelijkbare manieren gebruikt om de mechanische buiging of "ademhaling" van nanomaterialen te detecteren, die typisch complexe en gevoelige koppeling met de lichtbron vereisen. Deze nieuwe benadering is niet alleen nieuw in de detectie van koppels op nanoschaal, maar ook in het geïntegreerde lichtkoppelingsdesign.

Met behulp van een op silicium gebaseerde nanofabricagemethode, Huang en zijn team ontwierpen het apparaat om licht direct via een geëtst rooster te koppelen aan een golfgeleiderconfiguratie, een racebaanholte genoemd, waarin de nanoresonator zit.

"Omdat licht via een roosterkoppeling in de racebaanholte wordt gekoppeld, mechanische torsiebeweging in de holte verandert de voortplanting van licht en verandert [de] kracht van uitgaande licht, " zei Huang. "Door de kleine variatie van het uitgangslicht te detecteren, de torsiebewegingen kunnen worden gemeten."

Naast het detecteren van koppels op hun hefboomarmen met een lengte van micron, de resonatoren kunnen ook de resulterende optische eigenschappen van het invallende signaal beïnvloeden. De torsiefrequentie van het mechanische systeem vermengt zich met de gemoduleerde optische signalen.

"Het meest verrassende is dat wanneer we het ingangslicht moduleren, we kunnen de frequentiemenging observeren, " zei Huang. "Het is opwindend voor frequentiemenging, omdat het alleen eerder is aangetoond door buig- of ademhalingsmodi. Dit is de eerste demonstratie van torsie-frequentiemenging, wat gevolgen kan hebben voor on-chip RF-signaalmodulatie, zoals super-heterodyne ontvangers met behulp van optische mechanische resonatoren."

Dit is nog maar het begin voor mogelijke toepassingen van op koppel gebaseerde nanosensoren. theoretisch, er zijn een aantal frequentietrucs die deze apparaten kunnen spelen voor signaalverwerking en detectietoepassingen.

"We zullen doorgaan met het onderzoeken van unieke karakters van deze torsie-optomechanische sensor en proberen nieuwe fenomenen te demonstreren, zoals gevolgtrekking van dispersieve en dissipatieve optomechanische koppeling verborgen achter de detectie, " zei Huang. "Voor engineering, magnetische of elektrisch gevoelige materialen kunnen worden gecoat op het oppervlak van torsiestralen om kleine variaties van fysieke velden te detecteren, zoals magnetische of elektrische velden om als multifunctionele sensoren te dienen."