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, זאת באמצעות פיתוח התקן חדשני המבוסס על שפופרות פחמן. הטכנולוגיה שפיתחו חוקרי הטכניון מאריכה את חיי ההתקן ומגבירה משמעותית (פי עשרה!) את רגישות התדר שלו להפרעות חיצוניות. 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 גם מהודים פשוטים המוכרים לכולנו – למשל תיבת התהודה של גיטרה, המעצימה את הצלילים שמפיקים המיתרים, או גוף החלילית המעצים את הצלילים הנוצרים בפיית הכלי. 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 ומאפשר שליטה גבוהה בתדר ומימוש תלת ממדי של אי-יציבות 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. ההתקנים שייצרו חוקרי הטכניון מאששים תאוריה מ-2012, הדנה במנגנוני איבוד האנרגיה במערכות ננומטריות. המחקר מראה כי פלקטואציות תרמיות 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), מכון ראסל ברי לננוטכנולוגיה (RBNI) ונעזר בתשתיות החדרים הנקיים במרכז מיקרו-ננואלקטרוניקה (MNFU – Micro & nano Fabrication Unit).

למאמר ב– Nature Communications– לחצו כאן

הפוסט התקן ננומטרי שפותח בטכניון סולל דרך לטכנולוגיות זיכרון, חישה ומחשוב קוונטי הופיע לראשונה ב-Chiportal.