Mechanische resonatoren zijn met groot succes gebruikt als nieuwe middelen in de kwantumtechnologie. Mechanische resonatoren van koolstofnanobuisjes zijn uitstekende ultragevoelige apparaten gebleken voor de studie van nieuwe fysische fenomenen op nanoschaalniveau (bijv. kwantumelektronentransport, oppervlakte wetenschap, en licht-materie interactie).

Mechanische resonatoren worden vaak gebruikt om de kwantumtoestanden van de beweging van relatief grote systemen te observeren en te manipuleren. Echter, het nadeel ligt in de thermische ruiskracht, die, als het niet goed wordt gecontroleerd, verwatert uiteindelijk elke mogelijkheid om de kwantumeffecten waar te nemen. Dus, wetenschappers hebben gezocht naar effectieve methoden om deze systemen af ​​te koelen tot het kwantumregime en om kwantumeffecten op aanvraag te kunnen waarnemen. Een van deze benaderingen was om het transport van elektronen langs de resonator te gebruiken om het systeem af te koelen.

Er zijn veel theoretische schema's voorgesteld om deze mechanische resonatoren te koelen met behulp van verschillende elektronentransportregimes, maar experimentele moeilijkheden hebben het uiterst uitdagend gemaakt in termen van fabricage en meting van apparaten. Ondanks vele inspanningen, slechts één experimentele realisatie van koeling werd meer dan tien jaar geleden gemeld, waarin onderzoekers het systeem konden afkoelen tot een populatie van 200 quanta, wat ver verwijderd is van het kwantumregime.

Nutsvoorzieningen, in een nieuwe studie gepubliceerd in Natuurfysica , ICFO-onderzoekers Carles Urgell, Wei Yang, Sergio Lucio de Bonis, en Chandan Samanta, onder leiding van ICFO Prof. Adrian Bachtold, in samenwerking met onderzoekers van ICN2 in Barcelona en CNRS in Frankrijk, hebben een experiment kunnen demonstreren waarin ze een nanomechanische resonator afkoelen tot 4,6 +- 2,0 trillingsquanta.

In hun studie hebben het team heeft de resonator gefabriceerd door een koolstofnanobuis tussen twee elektroden te laten groeien, waar in de laatste stap van het fabricageproces, ze gebruikten een chemische dampafzettingsmethode om eventuele resterende verontreinigingen op het apparaat te minimaliseren. Daarna stopten ze het systeem in een verdunningskoelkast en koelden het af tot 70 mK. De nieuwigheid van hun techniek lag in het toepassen van een constante stroom van elektronen door de resonator. Wanneer een constante stroom werd toegepast op de resonator, de elektrostatische kracht van de elektronen beïnvloedt de dynamiek van de trillingen. Deze gemodificeerde trillingen reageren terug op de elektronen, een gesloten lus maken met een eindige vertraging. Deze terugwerking van de elektronen op de trillingen kan worden gebruikt om de thermische trillingsfluctuaties te versterken of te verminderen. In het laatste geval, ze gebruikten het om het systeem af te koelen om de thermische verplaatsingsfluctuaties te verminderen, waardoor ze de eerder genoemde limiet van het kwantumregime kunnen naderen, met een nooit eerder gezien bevolkingsaantal in vergelijking met eerder werk.

De resultaten van de studie hebben bevestigd dat deze methode een uitstekende en zeer eenvoudige manier is om nanomechanische resonatoren af ​​te koelen, wat van het grootste belang kan zijn voor wetenschappers die werken in nanomechanica en kwantumelektronentransport, omdat het een krachtige bron zal worden voor kwantummanipulatie van mechanische resonatoren.