De meeste mechanische resonatoren dempen (vertragen) op een goed begrepen lineaire manier, maar baanbrekend werk van prof. Adrian Bachtold en zijn onderzoeksgroep aan het Catalaanse Instituut voor Nanotechnologie heeft aangetoond dat resonatoren gevormd uit grafeen op nanoschaal en koolstofnanobuizen niet-lineaire demping vertonen, het openen van spannende mogelijkheden voor supergevoelige detectoren van kracht of massa.

In een artikel dat wordt gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie , Prof. Bachtold en zijn mede-onderzoekers beschrijven hoe ze resonatoren op nanoschaal vormden door kleine grafeenvellen of koolstofnanobuisjes op te hangen en ze aan elk uiteinde vast te klemmen. Deze apparaten, vergelijkbaar met gitaarsnaren, kan worden ingesteld om op zeer specifieke frequenties te trillen.

In alle mechanische resonatoren die tot nu toe zijn bestudeerd, van grote objecten van enkele meters tot minuscule componenten van slechts enkele tientallen nanometers lang, demping is altijd waargenomen in een zeer voorspelbare, lineaire manier. Het onderzoek van Prof. Bachtold toont echter aan dat dit paradigma van lineaire demping faalt voor resonatoren met kritische afmetingen op atomaire schaal. Van bijzonder belang hebben ze aangetoond dat de demping sterk niet-lineair is voor resonatoren op basis van nanobuisjes en grafeen, een kenmerk dat versterking van signalen en dramatische verbeteringen in gevoeligheid mogelijk maakt.

De vondst heeft ingrijpende gevolgen. Demping staat centraal in de fysica van nano-elektromechanische resonatoren, die de kern vormen van kwantum- en waarnemingsexperimenten. Daarom moeten veel voorspellingen die zijn gedaan voor elektromechanische apparaten op nanoschaal nu opnieuw worden bekeken bij het overwegen van nanobuis- en grafeenresonatoren.

Dit nieuwe inzicht in de dynamiek van resonatoren op nanoschaal zal ook dramatische verbeteringen in de prestaties van tal van apparaten mogelijk maken. De groep van Prof. Bachtold heeft al een nieuw record behaald in kwaliteitsfactor voor grafeenresonatoren en ultrazwakke krachtwaarneming met een nanobuisresonator.

Het werk komt vooral op het juiste moment omdat een toenemend aantal onderzoeksgroepen over de hele wereld met verschillende achtergronden ervoor kiezen om nanobuis-/grafeenresonatoren te bestuderen, die een aantal unieke nuttige eigenschappen hebben.