Mekaniska resonatorer har använts med stor framgång som nya resurser inom kvantteknologi. Mekaniska resonatorer av kolnanorör har visat sig vara utmärkta ultrahögkänsliga enheter för studier av nya fysiska fenomen på nanoskalanivå (t.ex. spinnfysik, kvantelektrontransport, ytvetenskap, och interaktion mellan ljus och materia).

Mekaniska resonatorer används ofta för att observera och manipulera kvanttillstånden för rörelsen hos relativt stora system. Dock, nackdelen ligger i den termiska bruskraften, som, om det inte kontrolleras ordentligt, slutar med att späda ut varje möjlighet att observera kvanteffekterna. Således, forskare har letat efter effektiva metoder för att kyla ner dessa system till kvantregimen och kunna observera kvanteffekter på efterfrågan. Ett av dessa tillvägagångssätt har varit att använda transporten av elektroner längs resonatorn för att kyla ner systemet.

Många teoretiska scheman har föreslagits för att kyla dessa mekaniska resonatorer med användning av olika elektrontransportregimer, men experimentella svårigheter har gjort det extremt utmanande när det gäller tillverkning och mätning av enheter. Trots många ansträngningar, endast en experimentell realisering av kylning rapporterades för över ett decennium sedan, där forskare kunde kyla ner systemet till ett befolkningstal på 200 kvanta, vilket är långt ifrån kvantregimen.

Nu, i en ny studie publicerad i Naturfysik , ICFO-forskarna Carles Urgell, Wei Yang, Sergio Lucio de Bonis, och Chandan Samanta, ledd av ICFO-professor Adrian Bachtold, i samarbete med forskare från ICN2 i Barcelona och CNRS i Frankrike, har kunnat demonstrera ett experiment där de kyler ner en nanomekanisk resonator till 4,6 +- 2,0 vibrationskvanta.

I deras studie, teamet tillverkade resonatorn genom att odla ett kolnanorör mellan två elektroder, var i det sista steget i tillverkningsprocessen, de använde en kemisk ångavsättningsmetod för att minimera eventuella kvarvarande föroreningar på enheten. Sedan satte de in systemet i ett utspädningskylskåp och kylde ner det till 70 mK. Nyheten med deras teknik låg i att applicera en konstant ström av elektroner genom resonatorn. När en konstant ström applicerades på resonatorn, elektronernas elektrostatiska kraft påverkar vibrationernas dynamik. Dessa modifierade vibrationer reagerar tillbaka på elektronerna, gör en sluten slinga med en ändlig fördröjning. Denna bakåtverkan av elektronerna på vibrationerna kan användas för att förstärka eller minska de termiska vibrationsfluktuationerna. I det senare fallet, de använde den för att kyla ner systemet för att minska de termiska förskjutningsfluktuationerna, låta dem närma sig den tidigare nämnda kvantregimens gräns, med ett befolkningstal som aldrig tidigare setts jämfört med tidigare arbete.

Resultaten av studien har bekräftat att denna metod är ett utmärkt och mycket enkelt sätt att kyla ner nanomekaniska resonatorer, vilket kan vara av yttersta vikt för forskare som arbetar inom nanomekanik och kvantelektrontransport eftersom det kommer att bli en kraftfull resurs för kvantmanipulation av mekaniska resonatorer.