פרופ' יובל יעיש, ד"ר שרון רכניץ וד"ר טל טבצ'ניק מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע"ש ויטרבי פיצחו את אחת התעלומות הגדולות במדעי החומר הנוגעת לדרך בה מערכות ננומטריות מאבדות אנרגיה, זאת באמצעות פיתוח מתנד מכני חדשני המבוסס על שפופרות פחמן.
מתנד הוא התקן המייצר אות חשמלי מחזורי, והטכנולוגיה שפיתחו חוקרי הטכניון מאריכה את חיי המתנד ומגבירה משמעותית (פי עשרה!) את רגישות תדר התהודה שלו להפרעות חיצוניות, וזאת כתוצאה מצורתו הקשתית. שפופרות פחמן זעירות הומצאו לפני כשני עשורים, וכיום מהוות את הבסיס להתקנים אלקטרונים רבים ולהעברת חום, זאת בשל תכונותיהן הייחודיות: חוזק, עמידות למתיחה והמרה של אותות מכניים לאותות חשמליים ולהיפך.
מהוד (Resonator) הוא מתקן הכולא בתוכו גלים ומעצים אותם באמצעות החזרתם מדופן לדופן בתהליך הקרוי העצמה תהודתית. כיום יש בעולם מהודים מתוחכמים ומשוכללים מסוגים שונים אך אנו מכירים גם מהודים פשוטים המוכרים לכולנו – למשל תיבת התהודה של גיטרה, המעצימה את הצלילים שמפיקים המיתרים, או גוף החלילית המעצים את הצלילים הנוצרים בפיית הכלי.
איור 1: סכמה של מעגל המדידה (a), מודל תיאורטי (b) ותדרי תהודה כפונקציה של מתח השער (c, d).
חוקרי הטכניון חיברו כאמור את שני העולמות האלה – מהודים ושפופרות פחמן – ויצרו לראשונה מהודים בשתי קונפיגורציות יציבות אפשריות – כמו קליפס מכופף לשיער שיכול להיות פתוח או סגור או סרגל דק שכשלוחצים עליו הוא יכול להתכופף מעלה או מטה. כיפוף זה של שפופרות הפחמן מקנה להן תכונות חדשות, מאפשר רגישות רבה של תדר התהודה האופייני לכל מצב יציב ומימוש תלת ממדי של אי-יציבות על שם אוילר-ברנולי במעבר בין שני המצבים היציבים.
כיווץ ממדי המהוד לרמה הננומטרית משפר את ביצועיו ומספק הצצה לתופעות קוונטיות שאינן זמינות בהתקני MEMS – מערכות מיקרו-אלקטרומכניות שהן בדרך כלל גדולות. ההתקנים שייצרו חוקרי הטכניון מאששים תאוריה מ-2012, הדנה במנגנוני איבוד האנרגיה במערכות ננומטריות. המחקר מראה כי תנודות תרמיות אקראיות של הצינורית ותגובה לא לינארית של המהוד מרחיבים את תדר התהודה ומקטינים את מקדם הטיב (Quality Factor) שלו.
החוקרים מדגימים את פיזור האנרגיה במרחב הננומטרי ומציגים מבנה חדש לגמרי של שפופרות פחמן ננומטריות. להערכתם, לפיתוח החדשני יהיו השלכות משמעותיות בפיתוח טכנולוגיות ננומטריות אלקטרומכניות ובהן טכנולוגיות חישה רגישות במיוחד, זיכרון משופר, קיוביטים מכניים ומחשוב קוונטי.
המחקר פורסם בכתב העת Nature Communications. הוא נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע (ISF), ומכון ראסל ברי לננוטכנולוגיה (RBNI). המחקר מומש בחדרים הנקיים של המרכז למיקרו-ננואלקטרוניקה (MNFU – Micro & nano Fabrication Unit).
למאמר ב– Nature Communications– לחצו כאן
מעבר תלת מימדי של צינורית הפחמן בין שני המצבים היציבים
דחיסה של צינורית פחמן מעבר לנקודת אי-היציבות של אוילר-ברנולי
The post התקן ננומטרי סולל דרך לטכנולוגיות זיכרון, חישה ומחשוב קוונטי first appeared on Technion - Israel Institute of Technology.