Самолетни двигатели Административно право Административно право на Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог“ Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидравлични системи и хидромашини История на Украйна Културология Културология Логика Маркетинг Машиностроене Медицинска психология Метали и заваръчни инструменти Метали и метали икономика Описателни геометрия Основи на икономически т Oria професионална безопасност Пожарна тактика процеси и структури на мисълта, Професионална психология Психология Психология на управлението на съвременната фундаментални и приложни изследвания в апаратура Социална психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория теорията на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерно производство Физика физични явления Философски хладилни агрегати и екология Икономика История на икономиката Основи на икономиката Икономика на предприятията Икономическа история Икономическа теория Икономически анализ Развитие на икономиката на ЕС Спешни ситуации VKontakte Odnoklassniki My World Facebook LiveJournal Instagram
border=0

Квантов осцилатор на базата на електромеханичен резонатор

<== предишна статия | следваща статия ==>

Квантовите и класическите „светове“ не са разделени от непреодолима бездна - трябва да има постепенен преход от един към друг. Изучаването на прехода от класическо към квантово привлича голямо внимание на учените. Ако имаме работа с механичен осцилатор, тогава, намалявайки неговия размер, имаме право да очакваме, че при определени условия трябва да настъпи преход от класическо към квантово поведение: поради дискретността на енергийния спектър, амплитудата на трептенията на осцилатора може да приеме само определени стойности, което е напълно нетипично за класическия механичен осцилатор.

В действителност обаче да се наблюдава прехода от класическо към квантово поведение в случай на достатъчно голям обект е много трудна задача: тъй като състоянието на квантова система може лесно да бъде унищожено в процеса на взаимодействие с околната среда, е много трудно да се приложи такава микроскопична или мезоскопска система, която би демонстрирала квантови свойства. В случай на механичен осцилатор е достатъчно енергийната разлика между енергийните нива на хармоничния осцилатор да е значително по-малка от характерната топлинна енергия, за да се сложи край на възможността за наблюдение на квантовото поведение на осцилатора. Съответно, за да стане това възможно, в допълнение към малките размери са необходими поне много ниски температури и достатъчно високи естествени честоти на вибрации.

При честота на трептенията на механичен осцилатор (например тънка силициева лента) от порядъка на 1 GHz са необходими температури от порядъка на 50 mK, така че може да се очаква преход към квантовия режим на трептенията ( ). За да стане естествената честота на трептенията обаче, всички размери на механичния осцилатор трябва да са в субмикронния обхват, което значително усложнява възможността за регистриране на изместване на лентата от равновесно положение. За да преодолеят тази трудност, учени от Бостънския университет създадоха микроскопичен механичен осцилатор с доста хитра форма. С помощта на електронна литография беше направена структура, която наподобяваше антена по форма или двустранен гребен: дължината на самата силиконова лента беше 10,7 µm, ширината - 400 nm; за „зъбите“ дължината и ширината са съответно 500 nm и 200 nm; общата дебелина на структурата е 245 nm: 185 nm е дебелината на силиция, 60 nm е дебелината на златен електрод, нанесен върху силиций.

Фиг. 12.2 Изображение на механичен нано-осцилатор, получен чрез сканираща електронна микроскопия (а), схематично изображение на нискочестотни трептения на осцилатор (б) и колективен режим на трептения при високи честоти.

Тази форма на осцилатора води до появата на два типа вибрационни режими: нискочестотен, съответстващ на вибрациите на структурата като цяло (фиг. 12.2b), и колективен високочестотен, когато вибрациите на „зъбите“ (за които естествената честота надвишава 1 GHz) във фазата причиняват колебания на цялата структура като цялото (фиг. 12.2в). Структурата беше поставена вътре в криостат с 16 T свръхпроводящ магнит и трептенията се възбуждаха чрез преминаване на променлив ток през златен електрод, в резултат на което силата на Лоренц действа върху структурата. Чрез измерване на спада на напрежението върху златния електрод, който при такива условия е пропорционален на изместването на конструкцията, изследователите биха могли да следят трептенията на механичния осцилатор. Когато честотата на задвижващата сила съвпада с една от естествените честоти на трептенията на системата, трябва да има резонанс, т.е. амплитудата на трептенията на осцилатора трябва да се увеличи, което може да бъде фиксирано чрез промяна на максималното напрежение.

Фиг. 12.3 Зависимостта на максималното напрежение (съответно на амплитудата на трептенията) от честотата на движещата сила в близост до резонанса (а) и от силата на магнитното поле (b) при температура - 1 K.

Когато работеха в нискочестотния регион (21 MHz) при температура 60 mK, изследователите видяха чисто класическа картина - амплитудата на трептенията на осцилатора постепенно се увеличаваше с увеличаването на магнитното поле (и съответно силата, действаща върху структурата се увеличава). Учените наблюдават същата картина при работа с честота, която съвпада с естествената честота на високочестотния колективен режим (около 1,5 GHz) при температура 1 К (фиг. 12.3). Въпреки това, когато температурата се понижи до 110 mK (при тази температура kT става сравнима с квантовата енергия и може да се очаква квантовата природа на трептенията), изследователите наблюдават качествено различна картина: нямаше непрекъсната промяна в амплитудата на трептенията, когато полето се промени! Вместо това се появиха напрежения между две определени стойности с промяна в магнитното поле - фиг. 12.4. Такива скокове могат да бъдат интерпретирани като преходи на квантов осцилатор между земята и първите възбудени състояния.

Фиг. 12.4 Зависимостта на максималното напрежение (респективно амплитудата на трептенията) от честотата на движещата сила в близост до резонанса (а) и от силата на магнитното поле (b) при температура 110 mK.

Въпреки че учените са предпазливи, като подчертават, че е твърде рано недвусмислено да интерпретират експерименталните резултати като проява на квантовото поведение на макроскопски механичен осцилатор („гребена“ се състои от около 50 милиарда силициеви атома), възможно е те наистина да успеят да докоснат лицето. разделяне на квантовия и класическия свят. В разглеждания експеримент, може би за първи път, беше възможно да се наблюдава квантовото поведение на механичен осцилатор с размер на микрона.

Може да се очаква, че прилагането на постиженията на нанотехнологиите в измервателната технология, по-специално при разработването на първични измервателни преобразуватели, основаващи се на ултра миниатюрни, ултрависокочестотни електромеханични резонатори, ще позволи да се направи квантов скок в инструменталната техника. Например, устройства от този тип ще се характеризират с ултрависока чувствителност, която не е постижима чрез съвременни средства за измерване. Но създаването на ново поколение сензори, използващи квантови осцилатори, ще изисква разработването на теоретичните основи на тяхната конструкция, технологията на производство, използването на специална електроника и т.н.

<== предишна статия | следваща статия ==>





Прочетете също:

Принципи на действие на SSM-77

наноелектрониката

Конзолна сензорна архитектура и системи за наблюдение на позицията на конзолите

модулатори

Ефект на Мосбауер

Микроскопия за атомна сила

Физическата същност на тунелния ефект

Емисионна електроника

Явления на интерференция и дифракция по време на движение на частиците

Странично инхибиране

Разпад на Зенер. Полеви емисии

Сензорни сигнали от проприоцепторите

Връщане към съдържанието: Физически явления

Преглеждания: 2159

11.45.9.191 © ailback.ru Той не е автор на публикуваните материали. Но предоставя възможност за безплатно използване. Има ли нарушение на авторски права? Пишете ни | Обратна връзка .