Kavli meet trillingen kleiner dan atoomkern

De groep van prof.dr.ir. Herre van der Zant maakte samen met Japanse collega’s een van ’s werelds gevoeligste sensoren. De sensor, een supergeleidend circuit met een resonator – een klein staafje dat in trilling gebracht kan worden, meet thermische trillingen bij een temperatuur van een honderdste graad boven het absolute nulpunt. Bij die temperatuur van bijna 273,15 graden Celsius onder nul maten de onderzoekers een uitwijking van minder dan tien femtometer (een femtometer is een miljoenste nanometer). Dat is kleiner dan de afmetingen van een atoomkern. Een artikel over deze doorbraak verscheen deze week in Nature Physics.

De onderzoekers willen de sensor verder verbeteren om zo nog kleinere trillingen te meten nog dichter bij het absolute nulpunt. Dat zou antwoord geven op een van de hamvragen in de nanotechnologie: houden nanostructuren zich aan de quantummechanica, net als losse atomen?

Atomen zijn door hun temperatuur altijd in trilling. Bij hoge temperaturen overheersen deze trillingen de quantummechanische effecten, die ook voor trillingen zorgen. Door de sensor nog verder af te koelen wordt het theoretisch mogelijk om ook deze nog veel kleinere trillingen waar te nemen. Tenminste, als ze ook daadwerkelijk bestaan. “Losse atomen en elektronen vertonen hier quantummechanisch gedrag”, vertelt auteur ir. Menno Poot, “maar van grotere structuren is het nog niet bekend.”De Delftse onderzoekers gaat het vooral om dit fundamentele onderzoek. Maar de verbetering van de sensor kan indirect ook maatschappelijke toepassingen opleveren. De sensor is een zogenaamd nano-elektromechanisch systeem (NEM). Grotere versies, zogeheten micro-elektromechanische systemen (MEMS), worden al voor talloze toepassingen gebruikt. Een airbagsensor is er een voorbeeld van. De NEM’s zijn veel gevoeliger. “Je zou ze daardoor bijvoorbeeld kunnen laten reageren op ultrahoge radiofrequenties”, zegt Poot. “Ze verbruiken dan minder energie en dat is interessant voor de telecomsector.”

,

De groep van prof.dr.ir. Herre van der Zant maakte samen met Japanse collega’s een van ’s werelds gevoeligste sensoren. De sensor, een supergeleidend circuit met een resonator – een klein staafje dat in trilling gebracht kan worden, meet thermische trillingen bij een temperatuur van een honderdste graad boven het absolute nulpunt. Bij die temperatuur van bijna 273,15 graden Celsius onder nul maten de onderzoekers een uitwijking van minder dan tien femtometer (een femtometer is een miljoenste nanometer). Dat is kleiner dan de afmetingen van een atoomkern. Een artikel over deze doorbraak verscheen deze week in Nature Physics.

De onderzoekers willen de sensor verder verbeteren om zo nog kleinere trillingen te meten nog dichter bij het absolute nulpunt. Dat zou antwoord geven op een van de hamvragen in de nanotechnologie: houden nanostructuren zich aan de quantummechanica, net als losse atomen?

Atomen zijn door hun temperatuur altijd in trilling. Bij hoge temperaturen overheersen deze trillingen de quantummechanische effecten, die ook voor trillingen zorgen. Door de sensor nog verder af te koelen wordt het theoretisch mogelijk om ook deze nog veel kleinere trillingen waar te nemen. Tenminste, als ze ook daadwerkelijk bestaan. “Losse atomen en elektronen vertonen hier quantummechanisch gedrag”, vertelt auteur ir. Menno Poot, “maar van grotere structuren is het nog niet bekend.”De Delftse onderzoekers gaat het vooral om dit fundamentele onderzoek. Maar de verbetering van de sensor kan indirect ook maatschappelijke toepassingen opleveren. De sensor is een zogenaamd nano-elektromechanisch systeem (NEM). Grotere versies, zogeheten micro-elektromechanische systemen (MEMS), worden al voor talloze toepassingen gebruikt. Een airbagsensor is er een voorbeeld van. De NEM’s zijn veel gevoeliger. “Je zou ze daardoor bijvoorbeeld kunnen laten reageren op ultrahoge radiofrequenties”, zegt Poot. “Ze verbruiken dan minder energie en dat is interessant voor de telecomsector.”