Een professor, een postdoctoraal onderzoeker en een afgestudeerde student springen op een trampoline.

Nee, het is niet de openingszin van een grap. Het is een opstelling voor de verklaring van nieuw door Cornell geleid onderzoek met het wondermateriaal grafeen. Een groep onder leiding van Roberto De Alba, afgestudeerde student natuurkunde, en Jeevak Parpia, hoogleraar en vakgroepvoorzitter natuurkunde, heeft een paper gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie met betrekking tot nog een andere toepassing voor de veelzijdige, Super sterk, superlicht materiaal.

hun papier, "Afstembare fonon-holtekoppeling in grafeenmembranen, " werd op 13 juni gepubliceerd en beschrijft het vermogen om de spanning van het grafeen te gebruiken als een soort bemiddelaar tussen trillingsmodi, waardoor directe energieoverdracht van de ene frequentie naar de andere mogelijk is. De Alba was hoofdauteur.

Nutsvoorzieningen, terug naar de trampoline. Laten we vaststellen dat de professor langzaam springt, de postdoc in een gemiddeld tempo en de afstudeerder in een hoog tempo. Ze vertegenwoordigen de natuurlijke modi van de trampoline, die het grafeen voorstelt.

Als de professor eerst begint met langzaam springen, gevolgd door de afgestudeerde student in een veel sneller tempo, de postdoc wordt – door het springen dat al aan de gang is – gedwongen te springen, in zijn eigen tempo. Bovendien, de sprongen van de professor worden veel hoger dan ze aanvankelijk waren, omdat er energie op hem wordt overgedragen van de snellere springers. Dit scenario speelt zich niet echt af in je achtertuin, maar het vindt plaats in grafeen vanwege de hoge "elastische modulus" - een materiaaleigenschap die betekent dat trillingen grote veranderingen in de spanning van het membraan zullen veroorzaken.

Bij het toepassen van dit concept de groep vervaardigde grafeen "drums" met diameters variërend van 5 tot 20 micrometer (1 miljoen micrometer =1 meter). Die trommels kunnen in beweging worden gezet door een wisselend elektrisch veld of door de willekeurige thermische trillingen van hun samenstellende atomen (dezelfde atomaire trillingen die de temperatuur van een object bepalen); de beweging wordt gedetecteerd door middel van laserinterferometrie, een methode die enkele jaren geleden is bedacht bij Cornell in de groep van Harold Craighead. Craighead is de Charles W. Lake Jr. Professor of Engineering en een medewerker van dit werk.

Externe spanning die op het grafeenmembraan wordt toegepast, werkt als een soort "afstemknop" om de membraanspanning te regelen en de koppeling te ontwikkelen die nodig is om de ene oscillatiemodus te regelen door de andere te activeren.

"We hebben aangetoond dat er een effect is dat energie omzet van de ene mechanische modus naar een andere mechanische modus, "Zei De Alba. "Het stelt ons in staat om trillingen van de ene modus te dempen of te versterken door de andere modus te activeren."

"Je bent in staat om de fundamentele frequentie van de beweging van dit object te veranderen... in wezen de thermische beweging, door simpelweg spanning toe te passen, ' zei Parpia.

De term "fononholte" werd gekozen, De Alba zei:omdat het mechanische effect vergelijkbaar is met dat van een optische holte, die kan worden gebruikt om energie van laserlicht om te zetten in mechanische beweging. Fononen zijn quasi-deeltjes die worden gebruikt om trillingen te beschrijven op dezelfde manier als fotonen lichtdeeltjes zijn.

Deze ontdekking maakt de weg vrij voor de toepassing van grafeen mechanische resonatoren in telecommunicatietoepassingen - bijvoorbeeld, als frequentiemixers.

"En omdat grafeen maar één atoom dik is, het heeft zo'n lage massa dat het een zeer goede krachtsensor is, gassensor of druksensor, "Zei De Alba. "Het zou in onderzoekslaboratoria kunnen worden gebruikt om ultrazwakke krachten te bestuderen."

In aanvulling, wanneer afgekoeld tot bijna het absolute nulpunt, deze resonatoren kunnen een sleutelrol spelen bij het detecteren van de zwakste kwantumsignalen en bij het identificeren en ontwikkelen van nieuwe, veilige telecommunicatietechnologieën.