Un estudio del ICFO, Instituto de Ciencias Fotónicas El Barcelona revela una nueva forma de disipación de energía en los nano-resonadores de grafeno. La disipación de energía es un ingrediente clave en la comprensión de muchos fenómenos físicos en termodinámica, fotónica, reacciones químicas, fisión nuclear, emisiones de fotones, o incluso circuitos electrónicos, entre otros.
La disipación de energía es un ingrediente clave en la comprensión de muchos fenómenos físicos en termodinámica, fotónica, reacciones químicas, fisión nuclear, emisiones de fotones, o incluso circuitos electrónicos, entre otros.
En un sistema vibratorio, la disipación de energía se cuantifica por el factor de calidad. Si el factor de calidad del resonador es alto, la energía mecánica se disipará a una velocidad muy baja y, por lo tanto, el resonador será extremadamente preciso en la medición o detección de objetos, permitiendo así que estos sistemas se conviertan en sensores de masa y fuerza muy sensibles. Emocionantes sistemas cuánticos.
Tomemos, por ejemplo, una cuerda de guitarra y la hacemos vibrar. La vibración creada en la cuerda resuena en el cuerpo de la guitarra. Debido a que las vibraciones del cuerpo están fuertemente acopladas al aire circundante, la energía de la vibración de la cuerda se disipará más eficientemente en el baño ambiental, aumentando el volumen del sonido. El decaimiento es bien conocido por ser lineal, ya que no depende de la amplitud vibracional.
Ahora, tome la cuerda de la guitarra y reduzca a dimensiones de nano-metro para obtener un resonador nano-mecánico. En estos nano sistemas se ha observado que la disipación de energía depende de la amplitud de la vibración, descrita como un fenómeno no lineal, y hasta ahora no se ha demostrado que ninguna teoría propuesta describe correctamente este proceso de disipación.
En un estudio reciente, publicado en Nature Nanotechnology, los investigadores de ICFO, Johannes Güttinger, Adrien Noury, Peter Weber, Camille Lagoin, Joel Moser, dirigido por el Prof. ICFO Adrian Bachtold, en colaboración con investigadores de la Universidad Chalmers de Tecnología y ETH Zurich Encontraron una explicación del proceso de disipación no lineal usando un resonador nano-mecánico basado en grafeno multicapa.
En su trabajo, el equipo de investigadores utilizó un resonador nano-mecánico basado en el grafeno, muy adecuado para observar efectos no lineales en procesos de decaimiento de energía, y lo midió con una cavidad de microondas superconductora. Un sistema de este tipo es capaz de detectar las vibraciones mecánicas en un periodo de tiempo muy corto, así como ser lo suficientemente sensible para detectar desplazamientos mínimos y sobre un amplio rango de amplitudes vibratorias.
El equipo tomó el sistema, lo forzó fuera de equilibrio usando una fuerza impulsora y, a continuación, cambió la fuerza para medir la amplitud vibracional a medida que la energía del sistema decayó. Realizaron más de 1000 mediciones para cada rastro de decaimiento de energía y pudieron observar que a medida que la energía de un modo vibratorio disminuye, la tasa de decaimiento alcanza un punto donde cambia abruptamente a un valor inferior. La mayor decaimiento de energía a altas vibraciones de amplitud puede explicarse por un modelo en el que el modo de vibración medido "se hibrida" con otro modo del sistema y se descomponen al unísono. Esto es equivalente al acoplamiento de la cuerda de guitarra al cuerpo aunque el acoplamiento es no lineal en el caso del resonador de nano de grafeno. A medida que la amplitud vibracional disminuye, la velocidad cambia repentinamente y los modos se desacoplan, resultando en tasas de decaimiento comparativamente bajas, por lo tanto en factores de calidad muy gigantescos que exceden 1 millón. Este cambio abrupto en el decaimiento nunca se ha predicho o medido hasta ahora.
Por lo tanto, los resultados obtenidos en este estudio han demostrado que los efectos no lineales en los resonadores nano-mecánicos del grafeno revelan un efecto de hibridación a altas energías que, si se controlan, podrían abrir nuevas posibilidades para manipular estados vibratorios, ingeniar estados híbridos con modos mecánicos completamente diferentes Frecuencias, y estudiar el movimiento colectivo de sistemas altamente sintonizables.
Comentarios
No me enterado de nada, pero donde hay grafeno, hay meneo
Los papper y traduccion http://www.icfo.eu/newsroom/news/article/3566
La disipación de energía es un ingrediente clave en la comprensión de muchos fenómenos físicos en termodinámica, fotónica, reacciones químicas, fisión nuclear, emisiones de fotones, o incluso circuitos electrónicos, entre otros.
En un sistema vibratorio, la disipación de energía se cuantifica por el factor de calidad. Si el factor de calidad del resonador es alto, la energía mecánica se disipará a una velocidad muy baja y, por lo tanto, el resonador será extremadamente preciso en la medición o detección de objetos, permitiendo así que estos sistemas se conviertan en sensores de masa y fuerza muy sensibles. Emocionantes sistemas cuánticos.
Tomemos, por ejemplo, una cuerda de guitarra y la hacemos vibrar. La vibración creada en la cuerda resuena en el cuerpo de la guitarra. Debido a que las vibraciones del cuerpo están fuertemente acopladas al aire circundante, la energía de la vibración de la cuerda se disipará más eficientemente en el baño ambiental, aumentando el volumen del sonido. El decaimiento es bien conocido por ser lineal, ya que no depende de la amplitud vibracional.
Ahora, tome la cuerda de la guitarra y reduzca a dimensiones de nano-metro para obtener un resonador nano-mecánico. En estos nano sistemas se ha observado que la disipación de energía depende de la amplitud de la vibración, descrita como un fenómeno no lineal, y hasta ahora no se ha demostrado que ninguna teoría propuesta describe correctamente este proceso de disipación.
En un estudio reciente, publicado en Nature Nanotechnology, los investigadores de ICFO, Johannes Güttinger, Adrien Noury, Peter Weber, Camille Lagoin, Joel Moser, dirigido por el Prof. ICFO Adrian Bachtold, en colaboración con investigadores de la Universidad Chalmers de Tecnología y ETH Zurich Encontraron una explicación del proceso de disipación no lineal usando un resonador nano-mecánico basado en grafeno multicapa.
En su trabajo, el equipo de investigadores utilizó un resonador nano-mecánico basado en el grafeno, muy adecuado para observar efectos no lineales en procesos de decaimiento de energía, y lo midió con una cavidad de microondas superconductora. Un sistema de este tipo es capaz de detectar las vibraciones mecánicas en un periodo de tiempo muy corto, así como ser lo suficientemente sensible para detectar desplazamientos mínimos y sobre un amplio rango de amplitudes vibratorias.
El equipo tomó el sistema, lo forzó fuera de equilibrio usando una fuerza impulsora y, a continuación, cambió la fuerza para medir la amplitud vibracional a medida que la energía del sistema decayó. Realizaron más de 1000 mediciones para cada rastro de decaimiento de energía y pudieron observar que a medida que la energía de un modo vibratorio disminuye, la tasa de decaimiento alcanza un punto donde cambia abruptamente a un valor inferior. La mayor decaimiento de energía a altas vibraciones de amplitud puede explicarse por un modelo en el que el modo de vibración medido "se hibrida" con otro modo del sistema y se descomponen al unísono. Esto es equivalente al acoplamiento de la cuerda de guitarra al cuerpo aunque el acoplamiento es no lineal en el caso del resonador de nano de grafeno. A medida que la amplitud vibracional disminuye, la velocidad cambia repentinamente y los modos se desacoplan, resultando en tasas de decaimiento comparativamente bajas, por lo tanto en factores de calidad muy gigantescos que exceden 1 millón. Este cambio abrupto en el decaimiento nunca se ha predicho o medido hasta ahora.
Por lo tanto, los resultados obtenidos en este estudio han demostrado que los efectos no lineales en los resonadores nano-mecánicos del grafeno revelan un efecto de hibridación a altas energías que, si se controlan, podrían abrir nuevas posibilidades para manipular estados vibratorios, ingeniar estados híbridos con modos mecánicos completamente diferentes Frecuencias, y estudiar el movimiento colectivo de sistemas altamente sintonizables.