17 feb. 1999
2 minuten
Farbod Alijani, universitair hoofddocent, en promovendus Ata Keskekler leveren ondersteunend bewijs voor het bestaan van een niet-lineair dissipatiemechanisme in mechanische systemen. Door dit mechanisme wordt het energieverlies in mechanische trillingen groter naarmate de amplitude van de trilling toeneemt. Dissipatie is het verlies van ‘nuttige’ energie bij thermodynamische processen, zoals wrijving. Om het niet-lineaire mechanisme te bewijzen gebruikten de onderzoekers nanodrums van grafeen met een dikte van slechts een paar nanometer.
Nature Communications publiceerde de resultaten.
Aangezien er tot nog toe weinig mogelijkheden waren de dempingskracht in nanosystemen te beïnvloeden, plaveit dit onderzoek de weg naar opwindende mogelijkheden om de oorsprong van dissipatie op nanoschaal beter te begrijpen, en om ultragevoelige regelbare sensoren te realiseren. Voor dit onderzoek, met financiering van de European Research Council (ERC), werkten de onderzoekers samen met collega’s van de Ben Gurion University en het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft.
Energieverlies
Mechanische bronnen van dissipatie spelen een essentiële rol in de moderne natuurkunde, met toepassingen in onder meer de nanomechanica, biomechanica, materiaalwetenschappen en quantum computeren. In klokken of andere trillende mechanismes is energieverlies meestal evenredig met de snelheid van het trillende object. Maar onder speciale omstandigheden, waarbij de ene resonantiefrequentie van de resonator precies twee keer zo groot is als een andere resonantiefrequentie, worden deze verliezen plotseling veel groter, doordat extra energie verloren gaat via de koppeling tussen deze trillingsmodi. Met behulp van licht stelden Alijani en Keskekler de wisselwerking tussen de vibratietoestanden van een grafeen-nanodrum zo in dat één modus precies twee keer zo snel trilt als een andere. Daarmee lieten ze ook zien dat het met dit mechanisme mogelijk is de dempingskracht te kunnen regelen via de koppelingssterkte tussen de twee trillingsmodi.
Ata Keskekler: "Normaal gesproken is de snelheid waarmee het geluid van een gitaarsnaar wegsterft onafhankelijk van hoe hard je hem aanslaat. Als we echter een analogie maken tussen een nanoresonator en een gitaar, vinden we in dit werk een mechanisme dat aangeeft dat als je een andere snaar stemt dichtbij een noot die het eerste octaaf is van de snaar die wordt gespeeld, de snelheid van het verval wordt afhankelijk van hoe hard je hem aanslaat. Hoe dichter bij het octaaf, hoe sterker deze afhankelijkheid."
Anderen lazen ook
