Genom att använda Center for Nanoscale Materials (CNM) expertis i design och tillverkning av mikro- och nanoskala enheter, en ny strategi för att konstruera lågfrekventa brusoscillatorer drar nytta av de inneboende olinjära fenomenen hos mikro- och nanomekaniska resonatorer. En grundläggande begränsning av sådana resonatorer togs upp av ett team av forskare från Nanofabrication &Devices Group som arbetar med CNICT, Argentina.

Mekaniska oscillatorer är en viktig komponent i nästan alla elektroniska system som kräver en frekvensreferens för tidtagning eller synkronisering. De används också i stor utsträckning i frekvensskiftbaserade sensorer för massa, tvinga, och magnetfält. Tyvärr, eftersom dimensionerna på vibrerande halvledarstrukturer reduceras till mikro- och nanoskala, deras dynamiska svar vid de amplituder som behövs för drift blir ofta olinjära.

Dessutom, stora förskjutningsinstabiliteter och överdrivet frekvensbrus försämrar deras prestanda avsevärt. I denna regim, till skillnad från det linjära fallet, resonansfrekvensen har ett starkt beroende av oscillationsamplituden. Detta ökar frekvensbruset av oscillatorn avsevärt, och sålunda, fördelarna med att arbeta vid högre amplituder är ogiltiga.

Begränsningen övervanns genom att koppla två olika vibrationslägen genom en intern resonans, där energiutbytet mellan moderna är sådant att resonansen för en mod absorberar amplitud- och frekvensfluktuationerna för den andra. Detta fungerar effektivt som en stabiliserande mekanisk negativ återkopplingsslinga.

Resultatet visar att mycket lågfrekvent brusprestanda är möjlig i den icke-linjära regimen och ger en väg att ersätta kvartsoscillatorer med nanoelektromekanisk systemteknik.