Наноэлектромеханические системы становятся активными

Мы уже привыкли к аббревиатуре MEMS, означающей микроэлектромеханические системы, однако развитие нанотехнологий вводит новую – NEMS.

Вплоть до недавнего времени наномеханические резонаторы нуждались во внешнем источнике, чтобы привести устройство в состояние резонанса и поддерживать его работу. Сегодня эта проблема решена благодаря новым самоподдерживающимся осцилляторам, требующим для работы только источника постоянного тока.

Группа ученых из  Kavli Nanoscience Institute и Калифорнийского технологического института (Caltech) создали первый самоподдерживающийся наномеханический осциллятор (NEMS-осциллятор) с ультравысокой частотой колебаний. Устройство является уникальным в том смысле, что оно само генерирует сигналы радиочастотного диапазона, получая только питание от источника постоянного тока. Это в корне отличается от традиционных «пассивных» резонаторов, для работы которых необходим внешний периодический сигнал, чтобы вызвать резонанс.

По сравнению с обычными и макроскопическими устройствами, такими как осцилляторы на кристаллах кварца, новый NEMS-осциллятор резонирует на частоте 428 МГц, которая лежит в диапазоне ультравысоких частот (300 МГц – 3 ГГц).

Устройство включает как сам резонатор, так и цепи обратной связи и состоит из зажатого с двух сторон бруска длиной 1,65 мкм, шириной 120 нм и толщиной 80 нм. Фиксаторы определяют частоту колебаний, а цепи обратной связи рассчитаны таким образом, что в точности компенсируют диссипацию энергии и обеспечивают устойчивые колебания. Единственным входом колебательной системы является источник постоянного тока для усилителя.

NEMS-осцилляторы могут найти применение в измерительных приборах, работающих в режиме реального времени, например, для определения крайне малых масс, оседающих на устройство. Это вызывает сдвиг резонансной частоты, который может быть измерен. Другие приложения включают тактовые генераторы для отсчета времени, гетеродины для обработки сигналов, для синхронизации.