Apretar una cuerda, p. al afinar una guitarra, la hace vibrar más rápido. Pero cuando las cuerdas son de tamaño nanométrico, el aumento de la tensión también reduce, o 'diluye', la pérdida de los modos vibratorios de la cuerda.

Este efecto, conocido como 'dilución por disipación', se ha explotado para desarrollar dispositivos mecánicos para tecnologías cuánticas, donde las nanocuerdas tensadas diseñadas con un grosor de solo unas pocas decenas de capas atómicas oscilan más de diez mil millones de veces después de ser arrancadas solo una vez. El equivalente en una guitarra sería un acorde que se escucha durante aproximadamente un año después de tocarlo.

Los investigadores de la EPFL, dirigidos por el profesor Tobias J. Kippenberg, han hecho ahora una simple observación sobre los osciladores de cristal, que se utilizan de forma generalizada en dispositivos electrónicos y se sabe que poseen una pérdida de energía mecánica extremadamente pequeña a baja temperatura. Los investigadores demostraron que, si un material cristalino con un espesor a nanoescala se estira con alta tensión y conserva su orden atómico, sería un buen candidato para fabricar cuerdas con vibraciones acústicas de larga duración. El estudio se publica en Nature Physics .

"Elegimos películas de silicio filtradas porque es una tecnología establecida en la industria electrónica, donde se utilizan para mejorar el rendimiento de los transistores", dice el Dr. Nils Engelsen, uno de los autores del artículo. "Por lo tanto, las películas de silicona filtrada están disponibles comercialmente en espesores extremadamente pequeños de aproximadamente 10 nanómetros".

Un gran desafío es que las nanocuerdas deben tener relaciones de aspecto extremas. En este documento, los dispositivos nanomecánicos tienen un grosor de 12 nanómetros y una longitud de hasta 6 milímetros. Si una nanocadena de este tipo se construyera de pie, con un diámetro de cimentación igual al de la torre Burj Khalifa, su punta superaría la Órbita Terrestre Media, donde los satélites GPS giran alrededor de la Tierra.

"Estas estructuras se vuelven frágiles y susceptibles a pequeñas perturbaciones durante los últimos pasos de su microfabricación", dice Alberto Beccari, Ph.D. estudiante en el laboratorio de Kippenberg y primer autor del artículo. "Tuvimos que renovar por completo nuestro protocolo de fabricación para poder suspenderlos sin un colapso catastrófico".

Las nanocuerdas de silicio tensadas son particularmente interesantes para los experimentos de mecánica cuántica, donde su baja tasa de disipación brinda un excelente aislamiento de las perturbaciones ambientales, lo que permite la creación de estados cuánticos de alta pureza.

"Una búsqueda de larga data en la física fundamental es estudiar y ampliar las escalas de tamaño y masa de los objetos que exhiben un comportamiento mecánico cuántico, antes de que las 'patadas' aleatorias y las fluctuaciones cada vez mayores del entorno cálido y ruidoso los obliguen a comportarse de acuerdo con a las leyes de la mecánica de Newton", dice Beccari. "Los efectos de la mecánica cuántica ya se han observado con resonadores mecánicos del mismo tamaño y masa, a temperaturas cercanas al cero absoluto.

"Además, estas nanocuerdas podrían usarse como sensores de fuerza de precisión, estando sujetas a todo tipo de interacciones, por ejemplo, a la minúscula presión de radiación de los haces de luz, a interacciones débiles con partículas de materia oscura y a campos magnéticos producidos por partículas subatómicas. " + Explora más

Una cadena para gobernarlos a todos