En professor, en postdoktor och en doktorand hoppar upp på en studsmatta.

Nej, det är inte inledningen av ett skämt. Det är en uppsättning för förklaringen av ny Cornell-ledd forskning som involverar undermaterialet grafen. En grupp ledd av Roberto De Alba, doktorand i fysik, och Jeevak Parpia, professor och institutionsordförande i fysik, har publicerat en tidning i Naturens nanoteknik angående ännu en applikation för den mångsidiga, Super stark, superlätt material.

Deras papper, "Inställbar fonon-kavitetskoppling i grafenmembran, " publicerades 13 juni och beskriver förmågan att använda grafenens spänning som en sorts förmedlare mellan vibrationslägen, möjliggör direkt energiöverföring från en frekvens till en annan. De Alba var huvudförfattare.

Nu, tillbaka till studsmattan. Låt oss slå fast att professorn hoppar i långsam takt, postdoktorn i medelhög takt och doktoranden i hög takt. De representerar studsmattans naturliga lägen, som representerar grafen.

Om professorn börjar sitt långsamma hopp först, följt av doktoranden i mycket snabbare takt, postdoktorn – i kraft av det hopp som redan pågår – tvingas till hopp, i sin egen takt. Vad mer, professorns hopp blir mycket högre än de var från början, som energi överförs till honom från de snabbare hopparna. Det här scenariot kommer faktiskt inte att utspela sig i din bakgård, men det sker i grafen på grund av dess höga "elasticitetsmodul" - en materialegenskap som innebär att alla vibrationer kommer att orsaka stora förändringar i membranets spänning.

När man tillämpar detta koncept, gruppen tillverkade grafen "trummor" med diametrar från 5 till 20 mikrometer (1 miljon mikrometer =1 meter). Dessa trummor kan sättas i rörelse antingen av ett alternerande elektriskt fält eller av de slumpmässiga termiska vibrationerna från deras ingående atomer (samma atomvibrationer som definierar ett objekts temperatur); rörelsen detekteras genom laserinterferometri, en metod som utarbetades för flera år sedan hos Cornell i Harold Craigheads grupp. Craighead är Charles W. Lake Jr. professor i teknik och en medarbetare i detta arbete.

Extern spänning som appliceras på grafenmembranet fungerar som en sorts "avstämningsstift" för att styra membranspänningen och konstruera kopplingen som behövs för att styra ett oscillationsläge genom att excitera det andra.

"Vi har visat att det finns en effekt som kommer att omvandla energi från ett mekaniskt läge till ett annat mekaniskt läge, " De Alba sa. "Det tillåter oss att antingen dämpa eller förstärka vibrationer i ett läge genom att aktivera det andra läget."

"Du kan ändra grundfrekvensen för detta objekts rörelse ... i huvudsak dess termiska rörelse, genom att helt enkelt lägga på spänning, sa Parpia.

Termen "fononhålighet" valdes, De Alba sa, eftersom den mekaniska effekten liknar den i en optisk kavitet, som kan användas för att omvandla energi från laserljus till mekanisk rörelse. Fononer är kvasipartiklar som används för att beskriva vibrationer på samma sätt som fotoner är ljuspartiklar.

Denna upptäckt banar väg för tillämpningen av grafenmekaniska resonatorer i telekommunikationstillämpningar – till exempel, som frekvensblandare.

"Och eftersom grafen bara är en enda atom tjock, den har så låg massa att den gör en mycket bra kraftsensor, gassensor eller trycksensor, "De Alba sa. "Det kan användas i forskningslaboratorier för att studera ultrasvaga krafter."

Dessutom, när den kyls till nära absolut noll, dessa resonatorer kan spela en nyckelroll vid detektering av de svagaste kvantsignalerna och vid identifiering och utveckling av nya, säker telekommunikationsteknik.