Nowe czujniki nanomechaniczne

Nowe czujniki nanomechaniczne

Naukowcy z Yale zaprezentowali krzemowe nanodźwignie, mniejsze niż długość fali światła, które dzięki zasadom fotonowym eliminują konieczność stosowania elektrycznych przetworników oraz drogich układów laserowych. Wynalazek może znaleźć zastosowanie w nowej generacji narzędzi do ultra precyzyjnych pomiarów na poziomie atomowym.

W systemach nanoelektromechanicznych (MEMS), dźwignie są najbardziej podstawowymi czujnikami mechanicznymi. Te miniaturowe konstrukcje, umocowane z jednej strony i swobodne z drugiej, zachowują się jak nano trampoliny, które ‘uginają się’, gdy cząsteczki na nie ‘wskakują’ i rejestrują zmiany, które mogą zostać następnie wymierzone i skalibrowane.

„System, który opracowaliśmy jest najbardziej czułym z dostępnych, funkcjonujących w temperaturze pokojowej.” – powiedział Hong Tang, profesor elektrotechniki i mechaniki Yale School of Engineering and Applied Science. „Dotąd, ten poziom czułości możliwy był do osiągnięcia tylko i wyłącznie w ekstremalnie niskich temperaturach.” – dodał.

System jest w stanie wykryć ugięcie nanodźwigni o 0,0001 angstrema.

Aby wykryć tak minimalny ruchu, zespół z Yale zbudował konstrukcje fotonową, która kieruje falę świetlną na dźwignię. Po wydostaniu się przez swobodny koniec dźwigni, światło przedostaje się przez nanootwór i zostaje wychwycone przez chip. „To właśnie detekcja fali świetlnej po tym zanikającym tunelowaniu daje tę niespotykaną czułość.” – dodał Tang.

Tang prezentuje również czujnik wielokanałowy. Składa się on z ułożonych równolegle 10 nanodźwigni zintegrowanych na jednym przewodzie fotonowym. Każda z nich jest innej długości, w związku z czym rejestruje swój własny ‘ton’.

„Format wielokanałowy pozwala nam dokonywać bardziej złożonych pomiarów, jakby całych akordów zamiast pojedynczych dźwięków.” – stwierdził Mo Li, główny autor pracy.

Sercem wynalazku jest sposób w jaki naukowcy ‘połączyli’ czujniki ze światłem. Ich technika nie jest ograniczona metodami elektrycznymi, ani dyfrakcją światła.

„Nie potrzebujemy do działania tego urządzenia lasera,” – powiedział Wolfram Pernice, współautor pracy. „W zupełności wystarczą tanie LEDy.” – dodał. Co więcej, diodowe źródło światła może być swobodnie skalowane.

„Ten wynalazek poprawia funkcjonalność nowego pola nanooptomechaniki.” – powiedział Tang. „i zamierzamy stworzyć kompaktowe, niezawodne i skalowalne systemy o bardzo wysokiej czułości, które znajdą zastosowanie w całej gamie aplikacji, od chemicznej i biologicznej sensoryki, do przetwarzania sygnałów optycznych.” – dodał.

(lk)