Wetenschappers van het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft hebben aangetoond dat ze extreem kleine veranderingen in positie en krachten kunnen detecteren op hele kleine vaten grafeen. Grafeentrommels hebben een groot potentieel om te worden gebruikt als sensoren in apparaten zoals mobiele telefoons. Door gebruik te maken van hun unieke mechanische eigenschappen, deze drums kunnen ook fungeren als geheugenchips in een kwantumcomputer. De onderzoekers presenteren hun bevindingen in een artikel in de 24e editie van augustus Natuur Nanotechnologie . Het onderzoek is gefinancierd door de Stichting FOM, het EU-Marie-Curie-programma, en NWO.

Grafeen staat bekend om zijn bijzondere elektrische eigenschappen, maar het onderzoek naar het eenlaagse dunne grafiet is onlangs uitgebreid om grafeen als een mechanisch object te onderzoeken. Dankzij hun extreem lage massa, kleine vellen grafeen kunnen op dezelfde manier worden gebruikt als het drumvel van een muzikant. In het experiment, wetenschappers gebruiken microgolffrequentielicht om de grafeentrommels te 'bespelen', om naar zijn 'nanogeluid' te luisteren, en om de manier waarop grafeen in deze drums beweegt te onderzoeken.

Dr. Vibhor Singh en zijn collega's deden dit door een 2D-kristalmembraan als spiegel in een 'optomechanische holte' te gebruiken. "In de optomechanica gebruik je het interferentiepatroon van licht om kleine veranderingen in de positie van een object te detecteren. In dit experiment, we schoten microgolffotonen af ​​op een kleine grafeentrommel. De trommel werkt als een spiegel:door te kijken naar de interferentie van de microgolffotonen die van de trommel terugkaatsen, we kunnen minieme veranderingen waarnemen in de positie van de grafeenplaat van slechts 17 femtometers, bijna 1/10000ste van de diameter van een atoom.", Singh legt uit.

Het microgolf 'licht' in het experiment is niet alleen goed voor het detecteren van de positie van de trommel, maar kan ook met kracht op de trommel duwen. Deze kracht van licht is extreem klein, maar de kleine massa van de grafeenplaat en de kleine verplaatsingen die ze kunnen detecteren, betekenen dat de wetenschapper deze krachten kan gebruiken om 'op de trommel te slaan':de wetenschappers kunnen de grafeentrommel schudden met het momentum van licht. Met behulp van deze stralingsdruk, maakten ze een versterker waarin microgolfsignalen, zoals die in uw mobiele telefoon, worden versterkt door de mechanische beweging van de trommel.

De wetenschappers laten ook zien dat je deze trommels kunt gebruiken als 'geheugenchips' voor microgolffotonen, het omzetten van fotonen in mechanische trillingen en opslaan voor maximaal 10 milliseconden. Hoewel dat naar menselijke maatstaven niet lang is, het is een lange tijd voor een computerchip. "Een van de langetermijndoelen van het project is het verkennen van 2D-kristallen drums om kwantumbewegingen te bestuderen. Als je met een stok op een klassieke drum slaat, het drumvel begint te oscilleren, op en neer schudden. Met een kwantumdrum, echter, je kunt het drumvel niet alleen op en neer laten bewegen, maar maak er ook een 'kwantumsuperpositie' van, waarbij het drumvel tegelijkertijd omhoog en omlaag beweegt", zegt onderzoeksgroepleider dr. Gary Steele. "Deze 'vreemde' kwantumbeweging is niet alleen van wetenschappelijk belang, maar zou ook zeer praktische toepassingen kunnen hebben in een kwantumcomputer als een kwantum 'geheugenchip'".

In een kwantumcomputer het feit dat kwantumbits die tegelijkertijd in de toestand 0 en 1 kunnen zijn, het mogelijk maken om berekeningen veel sneller uit te voeren dan een klassieke computer zoals die tegenwoordig wordt gebruikt. Quantum grafeen drums die 'tegelijkertijd op en neer schudden' kunnen worden gebruikt om kwantuminformatie op te slaan op dezelfde manier als RAM-chips in uw computer, zodat u uw kwantumberekeningsresultaat kunt opslaan en later kunt ophalen door naar het kwantumgeluid te luisteren.