Wat beperkt het gedrag van een koolstofnanobuisje? Dit is een vraag die veel wetenschappers proberen te beantwoorden. Natuurkundigen aan de Universiteit van Göteborg, Zweden, hebben nu aangetoond dat elektromechanische principes ook geldig zijn op nanometerschaal. Op deze manier, de unieke eigenschappen van koolstofnanobuisjes kunnen worden gecombineerd met klassieke fysica - en dit kan nuttig zijn in de kwantumcomputers van de toekomst.

"We hebben theoretisch koolstofnanobuisjes bestudeerd, om te zien hoe ze zich gedragen wanneer ze worden gestimuleerd om zich te gedragen volgens de wetten van de kwantummechanica. De resultaten bieden een volledig nieuw platform voor wetenschappers om op te staan", zegt Gustav Sonne van de afdeling Natuurkunde aan de Universiteit van Göteborg.

Elke dag gebruiken we een aantal verschillende micro-elektromechanische componenten voor verschillende vormen van detectie, om te bepalen of een bepaald proces heeft plaatsgevonden of dat een bepaalde stof aanwezig is. Deze kunnen niet worden gedetecteerd zonder instrumenten. Een voorbeeld is de detectie van snelle versnellingen die wordt gebruikt om de airbag in een auto te activeren tijdens een ongeval. Wat al deze componenten gemeen hebben, is dat ze mechanische en elektronische eigenschappen combineren om te reageren op externe prikkels.

Gustav Sonne heeft onderzoek naar een geheel nieuwe dimensie gebracht - van de micrometerschaal tot de nanometerschaal - en hij heeft de jongere broers van deze componenten bestudeerd:nano-elektromechanische systemen. De onderzoeken zijn gebaseerd op minuscule nanobuisjes die tussen twee elektrische contacten zijn opgehangen. Vervolgens heeft hij berekend hoe kleine trillingen in de hangende buizen kunnen worden gekoppeld aan een stroom die er doorheen wordt geleid.

"Ons onderzoek heeft zich vooral gericht op hoe deze systemen, die bestaan ​​uit een kleine, superlichte mechanische oscillator (de zwevende nanobuis), kan worden beschreven in kwantummechanische termen, en welke effecten dit heeft op de metingen die we kunnen uitvoeren. We hebben een aantal nieuwe mechanismen voor elektromechanische koppeling kunnen demonstreren die experimenteel moeten kunnen worden waargenomen. Dit, beurtelings, kan leiden tot extreem exotische fysieke verschijnselen in deze structuren, fenomenen die van belang kunnen zijn voor onderzoek naar kwantumcomputers, en andere velden."

Interesse in nanobuisjes is gebaseerd op hun uitstekende eigenschappen:ze behoren tot de sterkste materialen die bekend zijn, weegt bijna niets, en hebben een extreem hoge geleidbaarheid voor zowel elektrische stromen als warmte. Koolstofnanobuisjes kunnen worden gebruikt om composietmaterialen te vervaardigen die enkele ordes van grootte sterker zijn dan de momenteel beschikbare materialen.