Energiecascades in piepkleine resonatoren

Aan de TU Delft is een nanostreng ontwikkeld die, wanneer deze wordt aangeslagen, zijn energie niet direct verliest aan de omgeving. In plaats daarvan lekt de energie binnen de streng weg, waarbij een cascade van verschillende vibratiemodi wordt geactiveerd.

Voor het eerst hebben onderzoekers waargenomen dat deze cascade doorloopt tot aan de vijfde modus, terwijl alleen de eerste modus wordt aangeslagen. Er treden dus vijf verschillende vibratiemodi tegelijk op binnen dezelfde nanostreng. Deze ontdekking biedt nieuwe inzichten die kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van extreem gevoelige sensoren.

De resultaten zijn gepubliceerd in Physical Review Letters. 

Het is de eerste keer dat onderzoekers deze cascade van modale interacties hebben bereikt. “We hebben de nanostreng heel bewust zo ontworpen dat dit mogelijk werd,” zegt postdoc Zichao Li. “De ultradunne nanodraden plaatsen we in veelvoud op een chip. Die chip koppelen we aan een actuator die op specifieke frequenties trilt. Die trillingen reizen door naar de nanostreng en brengen de verschillende modi in beweging.” In plaats van de streng aan beide uiteinden star vast te zetten, koos het team voor een ‘soft clamping’-benadering. Daardoor kan de streng vrijer bewegen, wat de cascade mogelijk maakt.

Grenzen verleggen voor sensortechnologie

De onderzoekers verwachten dat de vondst vooral belangrijk zal zijn voor de sensortechnologie. “Elke modus die actief wordt, opent een nieuw kanaal om te kunnen meten,” zegt Li. “Dat maakt het ontzettend waardevol voor het ontwikkelen van extreem gevoelige sensoren.” In principe kan één enkele nanostreng nu het werk doen waarvoor traditioneel meerdere afzonderlijke apparaten nodig waren.

Het team wil de onderzoekslijn uitbreiden en onderzoeken hoe dergelijke cascades kunnen worden toegepast in toekomstige nanomechanische systemen. “We staan nog maar aan het begin van wat er mogelijk wordt wanneer nanomechanische apparaten zó worden ontworpen dat ze cascades van interacties kunnen benutten voor nieuwe sensortoepassingen,” aldus hoofddocent Farbod Alijani.