Ученые обратили повышенное внимание на нелинейности наномасштабных систем
 Исследованное учеными наноразмерное устройство, а также некоторые полученные результаты. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Группа ученых из California Institute of Technology (США) и University of Melbourne (Австралия) провела глубокое изучение нелинейных свойств наномеханических систем, состоящих из нити, «зажатой» с двух сторон, наподобие гитарной струны.
Аналогия с гитарной струной позволяет объяснить идею ученых, лежавшую в основе эксперимента. Когда музыкант касается струны, в первую очередь она «отвечает» на первой резонансной моде. Но есть и другие резонансные моды, известные как обертона. Тональность (частота), которую мы слышим, - это именно первая резонансная мода. Но, если бы мы могли возбудить нужную нам резонансную моду, мы бы услышали эту гармонику.
В идеальной линейной системе тональность звука всегда одинакова, вне зависимости от того, с какой силой музыкант воздействует на струну. В отличие от этой ситуации, в нелинейной системе тон может измениться, если воздействие на струну оказалось слишком сильным. Более того, существует режим, когда изменяется также и тон обертонов (по большей части из-за вибрации струны в первом резонансном режиме). Такая нелинейность становится все более серьезным препятствием для ученых, особенно при сокращении устройств до наномасштабов (в предельном случае – до устройств, состоящих из одноатомного слоя графена или подобных ему материалов).
Продолжая аналогию с музыкой, обратимся к электрическим музыкальным инструментам, в которых звукосниматель преобразовывает механические колебания струны в электронный сигнал. Если звукосниматель выдает измененную высоту тона, достаточно сложно понять, где именно в систему «добавляется» нелинейность: в струне или в самом звукоснимателе.
Если теперь вернуться к разговору о наноразмерных устройствах, большая часть предыдущих работ в этой области не акцентировала внимания на том, какая именно нелинейность была зафиксирована: нелинейность самого устройства или нелинейность применявшегося датчика. Чтобы избежать такой неточности, совместная группа ученых использовала в качестве «звукоснимателя» металлический тензодатчик с такими характеристиками, что область механической нелинейности исследуемого устройства попадает в линейную область датчика. В результате им удалось измерить механическую нелинейность нанонити, зажатой с двух стороны, и найти хорошее согласование экспериментальных результатов с теорией Эйлера-Бернулли (описывающей подобные системы).
По мнению ученых, понимание нелинейных свойств подобных систем в будущем поможет установить адекватные ограничения на применение тех или иных наномеханических устройств, в частности, на основе графена и ему подобных материалов. Подробные результаты работы были опубликованы в журнале Nano Letters.
Также по теме:
- Наноустройства создаются при помощи льда
- Исследования одномерных наносистем
- Ученые предложили конструкцию «металинзы»
- Границы отдельных монокристаллов в поликристалле отличаются высокой концентрацией металлических примесей
- Ученые сформулировали правила нано-дизайна
Источники: