Delftenaren meten trillingen kleiner dan een atoomkern

Met een nieuwe meetmethode zijn onderzoekers bij het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft en collega's van de NTT Basic Research Laboratories in Japan zijn er in geslaagd trillingen te meten die kleiner zijn dan een atoomkern. Dit resultaat is van belang voor de ontwikkeling van ultrakleine sensoren.

Een airbag-sensor is één van de vele voorbeelden van zogeheten micro-elektromechanische systemen (MEMS). Deze systemen reageren op elektrische en mechanische prikkels zoals het in trilling brengen van een superklein balkje - de resonator (R). Er wordt alom gewerkt aan systemen met nog kleinere afmetingen: nano-elektromechanische systemen (NEMS). Door hun zeer kleine afmetingen kunnen NEMS bijvoorbeeld prima geïntegreerd worden in chips.

Nulpunt

Bij lage temperaturen gaan quantummechanische effecten namelijk een overheersende rol spelen in het trillingsgedrag van de resonator.
Atomen zijn door hun temperatuur altijd in trilling. Bij hoge temperaturen overheersen deze trillingen de quantummechanische effecten, maar bij voldoende lage temperaturen worden ze wel relevant. Door de NEMS nu tot vlak bij het absolute nulpunt af te koelen, wordt het mogelijk om de zeer kleine trillingen waar te nemen die niet door de temperatuur worden veroorzaakt, maar quantummechanisch van aard zijn.

Femtometer

Onderzoekers bij het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft en collega's van de NTT Basic Research Laboratories in Japan hebben nu trillingen van hun resonator bij een temperatuur van enkele honderdsten van een graad boven het absolute nulpunt gemeten.  Met behulp van een supergeleidend circuit konden ze een uitwijking van de resonator vaststellen van minder dan 10 femtometer (een femtometer is een miljoenste nanometer). De gemeten uitwijking is kleiner dan de afmetingen van een atoomkern.
‘Ik vind dit nog steeds bijna ongelooflijk dat je zulke kleine verplaatsingen kunt meten', zegt projectleider prof.dr. Herre van der Zant. Verdere verbeteringen zijn volgens hem met aanpassingen in het ontwerp van hun systeem en de meetmethode haalbaar.

De bevindingen zijn gepubliceerd in Nature Physics.

bron: TU Delft