Onderzoekers van het Tata Institute of Fundamental Research, Bombay, hebben het vermogen aangetoond om de trillingen van een trommel met een dikte van nanometerschaal te manipuleren - waardoor 's werelds kleinste en meest veelzijdige trommel wordt gerealiseerd. Dit werk heeft implicaties voor het verbeteren van de gevoeligheid van kleine detectoren van massa - erg belangrijk bij het detecteren van de massa van kleine moleculen zoals virussen. Dit opent ook de deuren naar het onderzoeken van opwindende nieuwe aspecten van de fundamentele fysica.

Het werk, onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie , gebruik gemaakt van grafeen, een één-atoom dik wondermateriaal, om drums te fabriceren met zeer afstembare mechanische frequenties en koppeling tussen verschillende modi. De koppeling tussen de modi bleek beheersbaar, wat leidde tot de creatie van nieuwe, hybride modi en, verder, toegestane versterking van de trillingen.

Het experiment bestond uit het bestuderen van de mechanische trillingsmodi, of 'notities', vergelijkbaar met een muzikale trommel. Het kleine formaat van de trommel (diameter 0,003 mm, of 30 keer kleiner dan de diameter van mensenhaar) gaf aanleiding tot hoge trillingsfrequenties in het bereik van 100 Mega Hertz - wat inhoudt dat deze trommel 100 miljoen keer trilt in één seconde. Het werk van de hoofdauteur, PhD-student John Mathew, in de nano-elektronicagroep onder leiding van Prof. Mandar Deshmukh, toonde aan dat de tonen van deze trommels kunnen worden gecontroleerd door gebruik te maken van een elektrische kracht die buigt, of stammen, de trommel. Het buigen van de trommel zorgde er ook voor dat verschillende modi van de trommel met elkaar in wisselwerking stonden. Dit leidt tot een klotsende energie tussen twee noten.

"Met behulp van deze interactie laten we nu zien dat energie kan worden overgedragen tussen de modi, wat leidt tot het creëren van nieuwe 'noten' in de trommel", zegt prof. Deshmukh. De snelheid van energieoverdracht kan nauwkeurig worden geregeld door elektrische signalen die de koppeling moduleren. Het werk, in aanvulling op, maakte gebruik van de mechanische moduskoppeling om de energie die verloren gaat aan de omgeving te manipuleren en demonstreerde versterking van de trillingsbeweging, gelijk aan een toename van het geluid van de trommel.

Bij lage temperaturen, de hoge mechanische frequenties zouden studies van energieoverdracht van kwantummechanische aard tussen de noten mogelijk maken. De koppeling tussen verschillende tonen van de trommel zou ook kunnen worden ontworpen om te werken als mechanische logische circuits en leiden tot verbeteringen in de verwerking van kwantuminformatie. Het vermogen om de mechanische beweging te versterken, zal ook helpen de gevoeligheid van sensoren op basis van drums op nanoschaal te verbeteren.