Forschung & Entwicklung

Schwingende Nanosäulen

Nanosäulen, die durch Verspannung im Boden gekoppelt werden können und miteinander schwingen, könnten als Sensoren oder Taktgeber eingesetzt werden und in der Quantentechnologie Anwendung finden.

Die Kopplung von nanomechanischen Resonatoren ist derzeit ein Forschungsgebiet von großem Interesse, da diese im Kollektiv besser schwingen als allein. Im Gegensatz zu Konstruktionen, bei denen die Kopplung erst durch angelegte Felder aufgebaut werden muss, reicht es beim Resonatorenmodell der Arbeitsgruppe für Nanomechanische Systeme der Universität Konstanz, dass die Nanosäulen selbst gewisse Bedingungen erfüllen. Die wichtigste Bedingung ist, dass sie nahe genug nebeneinander auf dem Boden verankert sind. Wird eine Nanosäule in Schwingung versetzt, verspannt sich am Boden die Umgebung. Die Verspannung hat eine gewisse Reichweite, sodass die benachbarte Säule sie spürt und sich mit bewegt. „Die Kopplung ist sogar ziemlich stark, wenn man die Säulen nah genug aneinanderstellt“, sagt Professor Eva Weig.

„Unser System hat den Vorteil, dass damit leicht große Felder mit vielen Säulen gebaut werden können“, sagt Juliane Doster. Die Schwingungsamplituden der Säulen sind groß und im Mikroskop sichtbar. Daher wäre es möglich, direkt zu beobachten, was in solch einem Säulenfeld passiert. Die Arbeitsgruppe hat für ihre Nanosäulen den Halbleiter Galliumarsenid verwendet. Denkbar sind eigentlich alle Halbleiter. „Man muss nur wissen, wie man die Säulen aus dem Material herausätzen kann“, sagt Juliane Doster.

In die Resonatorenfelder könnten obendrein zusätzliche Funktionen eingebaut werden. Auch wenn die Säulen bislang noch nicht funktionalisiert sind, eröffnen sie die Perspektive, zukünftig ganze Netzwerke von solchen funktionalisierten Nanosäulen zu realisieren. Zum Beispiel könnten damit mehrere Einzelphotonenquellen miteinander synchronisiert werden, was Anwendungen in der Quantentechnologie eröffnet.

von mn

Originalveröffentlichung:

[S. Doster, H. Hoenl, P. Lorenz, P. Paulitschke, E. M. Weig, Collective dynamics of strain-coupled nanomechanical pillar resonators, Nat. Commun. 10 (2019), DOI: 10.1038/s41467-019-13309-9]

www.uni-konstanz.de

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