Останнім часом квантове поведінка наномеханических систем вивчається дуже активно. Наприклад, близько двох місяців тому ми розповідали про те, як осцилятори був успішно переведено в основне квантовий стан з допомогою лазера, а роком раніше аналогічний досвід виконала група американських вчених. Однією з основних проблем, з якими стикаються автори подібних експериментів, залишається охолодження зразків до наднизької температури.
Фінські дослідники спробували вирішити більш складну задачу — перейти від демонстрації основного квантового стану до туннелированию. В їх моделі розглядається затиснута з обох кінців планка або мембрана довжиною L, шириною W і товщиною H, розташована на відстані d від електрода, на який подається постійна напруга Vg. Виникаюча при цьому електростатична сила деформує — згинає — зразок.
Коли напруга досягає деякого критичного значення V, амплітуда вигину стає настільки великою, що зразок стосується електрода. При напрузі трохи більш низькому, ніж V, система потрапляє в метастабільний мінімум потенційної енергії, з якого вона може вийти («притянуться» до електрода) або шляхом тунелювання, або за рахунок теплового збудження. Це її становище і зацікавило фізиків.
Рис. 1. Схема досліджуваної системи і діаграма потенційної енергії з метастабільним мінімумом, з якого можна вийти за рахунок тунелювання (ГQ) або теплового збудження (ілюстрація з журналу Physical Review B).
Щоб зробити процес макроскопічного тунелювання ймовірним, температуру, природно, необхідно знижувати. Згідно з розрахунками, максимально допустиме значення буде найбільш високим (близько милликельвина) в системі з малими масою і щільністю і великими модулем Юнга і співвідношенням d/H.
Таке поєднання характеристик можуть забезпечити «підвішені» над електродом лист графену або одношарова вуглецева нанотрубка.
Хоча зазначена температура далека від рекордно низькою, досягнути її в експерименті все одно буде дуже важко.
Швидше за все, на практиці запропоновану схему реалізують лише через кілька років.
Рис. 2. Варіант системи з графенової мембраною (ілюстрація Peter Liljeroth).
Повна версія звіту опублікована в журналі Physical Review B.
Джерело(і):
1. Science NOW
2. compulenta.ru
