وبطبيعة الحال، هذا السجل ليس مجرد دليل على التصغير. إنه جزء من استراتيجية TU Wien الأوسع لإنشاء منصات الأجهزة التي ستجعل أجهزة الاستشعار الكمومية أكثر ملاءمة وموثوقية وتنوعًا.

في التجارب الميكانيكية البصرية الكلاسيكية، تتم قراءة حركة الهياكل المجهرية باستخدام الضوء. ومع ذلك، فإن الدوائر الضوئية هشة ومعقدة ويصعب دمجها في الرقائق. لذلك، اعتمدت TU Wien على أنواع أخرى من الاهتزازات الأكثر ملاءمة لإنشاء أجهزة استشعار مصغرة.

في مكثف 32 نانومتر، يتم لعب هذا الدور بواسطة دائرة رنين كهربائية. وفي تجارب أخرى، يستخدم الباحثون رنانات ميكانيكية بحتة، والتي يمكن ربط اهتزازاتها ببعضها البعض بشكل مقصود.

تشترك كلتا التقنيتين في نفس الهدف: الارتقاء بدقة الهياكل النانوية الميكانيكية والكهروميكانيكية إلى مستوى تقتصر فيه القياسات فقط على القوانين الأساسية لفيزياء الكم.

من السهل دمج المستشعر في الشريحة

إذا ضربت طبلة، فسيبدأ غشاءها بالاهتزاز. يمكنك معرفة مدى إحكامها من خلال الصوت، كما يوضح دانييل بلاتز من معهد أنظمة الاستشعار والمحركات في جامعة TU Wien، الذي قاد المشروع.

يقول: “بنفس الطريقة، تتأثر اهتزازات الغشاء النانوي الخاص بنا بمعلمات مختلفة. يشكل غشاء الألمنيوم الخاص بنا مع القطب الكهربائي مكثفًا مصغرًا. جنبًا إلى جنب مع الحث “المرسوم” على الشريحة، والنتيجة هي دائرة يكون تردد رنينها حساسًا للغاية لأي تغييرات في الاهتزازات الميكانيكية”.

يسمح هذا الاقتران بين حركة الحجاب الحاجز والرنين الكهربائي بقياس حتى أضعف الاهتزازات. عادة، تكون هذه القياسات مصحوبة بالضوضاء – أولا، الضوضاء الحرارية، وثانيا، الإشارات الضوئية أو الكهربائية غير مستقرة بطبيعتها، لأنها تتكون من جزيئات منفصلة.

على الرغم من أن طرق القياس البصري يمكن أن تكون دقيقة جدًا من حيث المبدأ، إلا أن تطورات TU Wien توفر مستويات ضوضاء أقل، محدودة فقط بقوانين فيزياء الكم – ودون استخدام المكونات البصرية.

وهذا يجعل هذه التقنية مثالية للفحص المجهري للقوة الذرية. في مجهر القوة الذرية، يتحرك طرف رفيع فوق سطح ما. تسبب القوى الصغيرة الموجودة بين ذرات السطح والطرف اهتزازات – ومن خلال قياسها، يمكنك الحصول على صورة دقيقة للغاية للسطح.

في الواقع، حتى دائرة الرنين الكهربائية ليست ضرورية. أثبت الباحثون تجريبيًا أنه بدلاً من ذلك، يمكن استخدام أنظمة ميكانيكية بحتة مدمجة في الشريحة.

“من وجهة نظر نظرية الكم، لا يوجد فرق جوهري بين العمل مع التذبذبات الكهرومغناطيسية أو الاهتزازات الميكانيكية – من الناحية الرياضية يمكن وصفهما بنفس الطريقة”، يؤكد المؤلف المشارك في الدراسة مينهي كوون MinHee Kwon.

وهذا أيضًا يخفف من متطلبات التبريد لأجهزة الاستشعار الكمومية. يقول بلاتز: “حتى في درجة حرارة الغرفة، يمكن أن تقترن تذبذبات النظام الميكانيكي الدقيق بترددات جيجاهيرتز دون تداخل من الضوضاء الحرارية. وهذا أمر مثير للدهشة بالنظر إلى أن العديد من أجهزة الاستشعار الكمومية الحديثة تعمل فقط بالقرب من الصفر المطلق”.

الباحثون مليئون بالتفاؤل.

واختتم مهندس الفيزياء قائلاً: “لقد أثبتنا أن بنيتنا النانوية تتمتع بالخصائص الأساسية اللازمة لإنشاء جيل جديد وموثوق وعالي الدقة من أجهزة الاستشعار الكمومية. إن الباب أمام عالم الكم مفتوح الآن – ونحن نتطلع إلى ما سنجده وراء ذلك”.