Un profesor, un investigador postdoctoral y un estudiante de posgrado se suben a un trampolín.

No, no es la primera línea de una broma. Es una configuración para la explicación de una nueva investigación dirigida por Cornell que involucra el material maravilloso grafeno. Un grupo liderado por Roberto De Alba, estudiante de posgrado en física, y Jeevak Parpia, profesor y director del departamento de física, ha publicado un artículo en Nanotecnología de la naturaleza con respecto a otra aplicación más para los versátiles, Super fuerte, material superligero.

Su papel "Acoplamiento sintonizable de fonón-cavidad en membranas de grafeno, "se publicó el 13 de junio y describe la capacidad de utilizar la tensión del grafeno como una especie de mediador entre los modos vibracionales, permitiendo la transferencia directa de energía de una frecuencia a otra. De Alba fue el autor principal.

Ahora, de vuelta al trampolín. Establezcamos que el profesor salta a un ritmo lento, el posdoctorado a un ritmo medio y el estudiante de posgrado a un ritmo rápido. Representan los modos naturales del trampolín, que representa el grafeno.

Si el profesor inicia primero su salto lento, seguido por el estudiante de posgrado a un ritmo mucho más rápido, el posdoctorado, en virtud del salto que ya está ocurriendo, se ve obligado a saltar, a su propio ritmo. Y lo que es más, los saltos del profesor se vuelven mucho más altos de lo que eran inicialmente, a medida que la energía se le transfiere desde los saltadores más rápidos. Este escenario en realidad no se desarrollará en tu patio trasero, pero tiene lugar en el grafeno debido a su alto "módulo elástico", una propiedad del material que significa que cualquier vibración provocará grandes cambios en la tensión de la membrana.

Al aplicar este concepto, el grupo fabricó "tambores" de grafeno con diámetros que iban de 5 a 20 micrómetros (1 millón de micrómetros =1 metro). Esos tambores pueden ponerse en movimiento mediante un campo eléctrico alterno o mediante las vibraciones térmicas aleatorias de sus átomos constituyentes (las mismas vibraciones atómicas que definen la temperatura de un objeto); el movimiento se detecta mediante interferometría láser, un método ideado hace varios años en Cornell en el grupo de Harold Craighead. Craighead es el profesor de ingeniería Charles W. Lake Jr. y colaborador de este trabajo.

El voltaje externo aplicado a la membrana de grafeno actúa como una especie de "clavija de ajuste" para controlar la tensión de la membrana y diseñar el acoplamiento necesario para controlar un modo de oscilación excitando el otro.

"Hemos demostrado que hay un efecto que convierte la energía de un modo mecánico a otro modo mecánico, ", Dijo De Alba." Nos permite amortiguar o amplificar las vibraciones de un modo activando el otro modo ".

"Puedes cambiar la frecuencia fundamental del movimiento de este objeto ... esencialmente su movimiento térmico, simplemente aplicando voltaje, "Dijo Parpia.

Se eligió el término "cavidad de fonón", De Alba dijo, porque el efecto mecánico es similar al de una cavidad óptica, que se puede utilizar para convertir la energía de la luz láser en movimiento mecánico. Los fonones son cuasi-partículas que se utilizan para describir vibraciones de la misma forma que los fotones son partículas de luz.

Este descubrimiento allana el camino para la aplicación de resonadores mecánicos de grafeno en aplicaciones de telecomunicaciones, por ejemplo, como mezcladores de frecuencia.

"Y como el grafeno tiene solo un átomo de espesor, tiene una masa tan baja que es un muy buen sensor de fuerza, sensor de gas o sensor de presión, ", Dijo De Alba." Podría usarse en laboratorios de investigación para estudiar fuerzas ultra débiles ".

Además, cuando se enfría casi al cero absoluto, Estos resonadores pueden desempeñar un papel clave en la detección de las señales cuánticas más débiles y en la identificación y desarrollo de nuevas, tecnologías de telecomunicaciones seguras.