Forskare från Tata Institute of Fundamental Research, Mumbai, har visat förmågan att manipulera vibrationerna i en trumma av nanometerskala tjocklek - och förverkliga världens minsta och mest mångsidiga trumma. Detta arbete har konsekvenser för att förbättra känsligheten hos små detektorer av massa - mycket viktigt för att detektera massan av små molekyler som virus. Detta öppnar också dörrarna för att utforska spännande nya aspekter av fundamental fysik.

Arbetet, nyligen publicerad i tidskriften Naturens nanoteknik , använde grafen, ett enatoms tjockt undermaterial, att tillverka trummor som har mycket avstämbara mekaniska frekvenser och koppling mellan olika lägen. Kopplingen mellan lägena visade sig vara kontrollerbar vilket ledde till skapandet av nya, hybridlägen och, ytterligare, tillåtit förstärkning av vibrationerna.

Experimentet bestod av att studera de mekaniska vibrationslägena, eller "anteckningar", liknar en musikalisk trumma. Den lilla storleken på trumman (diameter 0,003 mm, eller 30 gånger mindre än diametern på människohår) gav upphov till höga vibrationsfrekvenser i intervallet 100 Mega Hertz - vilket antyder att denna trumma vibrerar 100 miljoner gånger på en sekund. Arbetet utfört av huvudförfattaren, Doktorand John Mathew, i nanoelektronikgruppen ledd av prof. Mandar Deshmukh, visade att tonerna i dessa trummor kunde kontrolleras genom att använda en elektrisk kraft som böjs, eller stammar, trumman. Böjningen av trumman fick också olika lägen av trumman att interagera med varandra. Detta leder till att energin tappar mellan två toner.

"Genom att använda denna interaktion visar vi nu att energi kan överföras mellan lägena vilket leder till skapandet av nya "noter" i trumman", säger prof. Deshmukh. Hastigheten för energiöverföring skulle kunna kontrolleras exakt av elektriska signaler som modulerar kopplingen. Arbetet, dessutom, använde den mekaniska lägeskopplingen för att manipulera energin som förloras till omgivningen och demonstrerade förstärkning av vibrationsrörelsen, motsvarande en ökning av ljudet från trumman.

Vid låga temperaturer, de höga mekaniska frekvenserna skulle möjliggöra studier av energiöverföring av kvantmekanisk natur mellan tonerna. Kopplingen mellan olika toner i trumman kan också konstrueras för att fungera som mekaniska logiska kretsar och leda till förbättringar i kvantinformationsbehandling. Möjligheten att förstärka den mekaniska rörelsen kommer också att bidra till att förbättra känsligheten hos sensorer baserade på nanoskala trummor.