«Imagínese un columpio que, una vez empujado, sigue balanceándose durante casi 100 años porque casi no pierde energía a través de las cuerdas». Así lo afirma un investigador de la Universidad Tecnológica de Delft que ha ayudado a su equipo a lograr una hazaña paralela en la nanoescala.
Al crear sus nanocuerdas supervibracionales, Norte y sus colegas de TU Delft, junto con científicos de la Universidad de Brown, estiraron una hebra de nitruro de silicio extremadamente resistente (Si3N4) hasta una longitud de 3 cm (1,2 pulgadas) mientras la mantenían a una espesor de sólo 70 nanómetros. Esto «equivale a producir de forma fiable estructuras cerámicas con un espesor de un milímetro, suspendidas a lo largo de casi medio kilómetro», escriben los investigadores en un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza.
«Nuestro proceso de fabricación va en una dirección diferente a lo que es posible hoy en día con la nanotecnología», afirma el coautor del estudio Andrea Cupertino, también de la Universidad Técnica de Delft.
«Este tipo de estructuras extremas sólo son factibles a nanoescala, donde los efectos de la gravedad y el peso entran de manera diferente», añade. «Esto permite estructuras que serían inviables en nuestras escalas cotidianas, pero que son particularmente útiles en dispositivos en miniatura utilizados para medir cantidades físicas como presión, temperatura, aceleración y campos magnéticos, lo que llamamos detección MEMS».
Una vez fabricadas las nanocuerdas, se sujetaron sobre un microchip. Luego se demostró que las cuerdas podían vibrar 100.000 veces por segundo sin perder mucho impulso a temperatura ambiente. Hasta ahora, esta hazaña sólo se había logrado con materiales cercanos a temperaturas cercanas al cero absoluto.
«Las nanocuerdas recientemente desarrolladas cuentan con los factores de calidad mecánica más altos jamás registrados para cualquier objeto sujeto a temperatura ambiente; en su caso, sujetos a un microchip», dice el informe de TU Delft.
Norte añade que la increíble capacidad vibratoria de las nanocuerdas se debe a su estructura y composición, lo que dificulta la fuga de energía y también la entrada del ruido ambiental.
«Esta innovación es fundamental para estudiar fenómenos cuánticos macroscópicos a temperatura ambiente, entornos donde antes dichos fenómenos estaban enmascarados por el ruido», afirma. «Si bien las extrañas leyes de la mecánica cuántica generalmente solo se ven en átomos individuales, la capacidad de las nanocuerdas para aislarse de nuestro ruido vibratorio cotidiano basado en el calor les permite abrir una ventana a sus propias firmas cuánticas: cuerdas hechas de miles de millones de átomos. En entornos cotidianos, este tipo de capacidad tendría usos interesantes para la detección cuántica».
Los investigadores dicen que su descubrimiento podría conducir a micrófonos de próxima generación y otros dispositivos acústicos a nanoescala, o podría usarse para crear acelerómetros avanzados para la navegación. Los resonadores mecánicos de alta relación de aspecto, como se denominan a los nanocables, también se utilizan habitualmente en equipos de detección de precisión, como los detectores de ondas macroscópicas.
En su artículo, los científicos también afirman que las nanocuerdas con las mismas cualidades que las que han creado podrían ayudar en la búsqueda de materia oscura, en los estudios de entropía y tiempo, y en la comprensión del fenómeno cuántico conocido como efecto casimirt.
Fuente: Tu Delft