2019-03-06 15:12:02
研究人员创造了一种独特的一种设备多种频率微型谐振器

人类忘记时间是一回事,但当我们的时钟发生时会发生什么在一个日益网络化的世界中,设备需要比以往更准时。为了让它们按照我们的预期运行,它们依赖于一大堆微小的振动部件。

来自阿贡国家实验室美国能源部(DOE)用户设施的纳米材料中心(CNM)科学家领导的研究小组的一项研究结果最终可以帮助改进各种电子产品中的这些组件,甚至可以创建模仿的设备生物过程。研究人员开创了一种微机械设备,与传统设备相比,它以全新的方式响应外部信号。他们的工作由包括Argonne在内的五个机构的团队进行,最近发表在Physical Review Letters杂志上。

“这里的新颖之处在于,如果你以正确的方式激发这种谐振器装置,结构会以均匀间隔的多个频率组成的频谱振动,尽管它是由一个频率驱动的,”团队负责人Daniel Lopez说。纳米材料纳米加工和设备中心。

电子设备中的典型谐振器以一个相应的频率响应一个信号。例如,在手表中,当施加一定电压时,石英谐振器以特定频率振动,并且该振动标志着时间。但是,多任务设备网络可能需要多个频率的响应,这就是事情变得棘手的地方。

“对于每个以特定频率运行的设备,你需要一个定时源,”CNM纳米科学家Dave Czaplewski说,该论文的主要作者。 “让多个设备以多个频率运行会使系统变得更加复杂。”

虽然这个问题的常见方法涉及多个谐振器,多个信号或两者,研究人员创建了一个单微小谐振器,可以从一个信号产生多个频率。这组频率称为频率梳,因此在图表上绘制时,以频率出现的方式命名,如牙齿。

“这里的新颖之处在于,如果你以正确的方式激发这种谐振器装置,结构会以均匀间隔的多个频率组成的频谱振动,尽管它是由一个频率驱动的,”团队负责人Daniel Lopez说。为CNM的纳米加工和设备组和该论文的共同作者。 “除了为每个器件制造特定的振荡器外,您还可以制造一个可以在所需的所有不同频率下产生信号的振荡器。”

该研究部分在CNM进行,研究人员设计谐振器并使用电学表征技术测量其响应。硅器件不大于几粒盐端对端放置,固定三个在两个振动中一起移动的光束:左右摇摆运动和扭转运动。研究人员利用这种二元性来产生频率梳。

“我们利用这两种振动之间的相互作用来获得这种频率响应,最终看起来像一个频率梳,”Czaplewski说。

频率梳更常用于光学领域,它们由激光脉冲组成,可用于精确测量时间。在另一个应用中,研究人员说,这种机械频率梳可用于研究机械,光学和生物系统中称为SNIC分叉(不变圆上的鞍形节点)的特定类型的动态。例如,在生物学环境中,理解这种行为可以帮助设计微机械元件,模仿神经元对刺激的反应方式。描述该谐振器振动的数学是与多所大学非线性动力学领域的专家团队合作完成的。

Lopez说,研究的下一步将是重现高频谐振器中的频率梳现象,并扩展可以产生的“牙齿”数量或频率。

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