Los científicos del Instituto Kavli de Nanociencia de TU Delft han demostrado que pueden detectar cambios extremadamente pequeños en la posición y las fuerzas en tambores de grafeno muy pequeños. Los tambores de grafeno tienen un gran potencial para ser utilizados como sensores en dispositivos como teléfonos móviles. Usando sus propiedades mecánicas únicas, estos tambores también podrían actuar como chips de memoria en una computadora cuántica. Los investigadores presentan sus hallazgos en un artículo de la edición del 24 de agosto de Nanotecnología de la naturaleza . La investigación fue financiada por la Fundación FOM, el programa Marie-Curie de la UE, y NWO.

El grafeno es famoso por sus propiedades eléctricas especiales, pero la investigación sobre el grafito delgado de una capa se expandió recientemente para explorar el grafeno como un objeto mecánico. Gracias a su masa extremadamente baja, Se pueden usar diminutas hojas de grafeno de la misma manera que el parche de un músico. En el experimento, Los científicos usan luz de frecuencia de microondas para 'tocar' los tambores de grafeno, para escuchar su 'nano sonido', y explorar la forma en que se mueve el grafeno en estos tambores.

El Dr. Vibhor Singh y sus colegas hicieron esto usando una membrana de cristal 2D como espejo en una "cavidad optomecánica". "En optomecánica, utilizas el patrón de interferencia de la luz para detectar pequeños cambios en la posición de un objeto. En este experimento, disparamos fotones de microondas a un pequeño tambor de grafeno. El tambor actúa como un espejo:al observar la interferencia de los fotones de microondas que rebotan en el tambor, somos capaces de detectar cambios mínimos en la posición de la hoja de grafeno de solo 17 femtómetros, casi 1/10000 del diámetro de un átomo. ", Singh explica.

La 'luz' de microondas en el experimento no solo es buena para detectar la posición del tambor, pero también puede empujar el tambor con fuerza. Esta fuerza de la luz es extremadamente pequeña, pero la pequeña masa de la hoja de grafeno y los pequeños desplazamientos que pueden detectar significan que el científico puede usar estas fuerzas para "golpear el tambor":los científicos pueden agitar el tambor de grafeno con el impulso de la luz. Usando esta presión de radiación, hicieron un amplificador en el que las señales de microondas, como los de su teléfono móvil, son amplificados por el movimiento mecánico del tambor.

Los científicos también muestran que puede usar estos tambores como 'chips de memoria' para fotones de microondas, convertir fotones en vibraciones mecánicas y almacenarlos hasta por 10 milisegundos. Aunque eso no es mucho para los estándares humanos, es mucho tiempo para un chip de computadora. "Uno de los objetivos a largo plazo del proyecto es explorar tambores de cristal 2D para estudiar el movimiento cuántico. Si golpeas un tambor clásico con una baqueta, el parche comenzará a oscilar, temblando hacia arriba y hacia abajo. Con un tambor cuántico sin embargo, No solo puedes hacer que el parche se mueva hacia arriba y luego hacia abajo, pero también convertirlo en una 'superposición cuántica', en el que el parche del tambor se mueve hacia arriba y hacia abajo al mismo tiempo ", dice el líder del grupo de investigación, el Dr. Gary Steele. "Este movimiento cuántico 'extraño' no es solo de relevancia científica, pero también podría tener aplicaciones muy prácticas en una computadora cuántica como un 'chip de memoria' cuántico ".

En una computadora cuántica, el hecho de que los 'bits' cuánticos que pueden estar en el estado 0 y 1 al mismo tiempo le permiten realizar cálculos potencialmente mucho más rápido que una computadora clásica como las que se usan hoy en día. Los tambores de grafeno cuántico que 'se mueven hacia arriba y hacia abajo al mismo tiempo' podrían usarse para almacenar información cuántica de la misma manera que los chips de RAM en su computadora, permitiéndole almacenar el resultado de su cálculo cuántico y recuperarlo más tarde escuchando su sonido cuántico.