Nanorresonadores para la detección de masas de alta sensibilidad
Estos investigadores financiados por la Unión Europea han logrado avances innovadores en el marco del proyecto «Mechanical amplification in carbon-based nanoelectromechanical systems» (MACNEMS). El proyecto empleó nanorresonadores producidos a partir de nanoestructuras, nanotubos y láminas de grafeno, todo ello basado en el carbono. Estos sistemas en miniatura tienen masas pequeñas, muestran desplazamientos relativamente grandes con fuerzas pequeñas (constantes elásticas bajas) y/o poseen frecuencias de resonancia elevadas. Tales sistemas, han atraído un gran interés como sensores de detección de fuerzas o masas extremadamente pequeñas. No obstante, un reto inherente a la detección de señales mecánicas es la reducidísima amplitud de oscilación de los resonadores de nanotubos y grafeno. Si la señal mecánica se transforma en una eléctrica y luego se amplifica con métodos convencionales, el ruido se amplifica junto con la señal. Los científicos de MACNEMS obtuvieron resultados interesantes mediante la aplicación de la amplificación paramétrica (AP), por la que la amplitud de oscilación se mejora modificando la constante elástica para mejorar la señal mecánica (sin amplificar el ruido) antes de convertirla en una corriente eléctrica. Los investigadores lograron la primera demostración de amplificación paramétrica con resonadores de nanotubos, consiguiendo multiplicar por diez la amplitud mecánica. Sorprendentemente, se vio limitada por amortiguaciones no lineales que generalmente no se observan en nanorresonadores de semiconductores o metales. Basándose en este descubrimiento, los socios del proyecto utilizaron fuerzas motrices muy pequeñas para lograr factores de calidad de registro de 100 000 con un resonador de grafeno y fueron capaces de conseguir una sensibilidad másica correspondiente a la masa de un protón, con resonadores mecánicos hechos de nanotubos de carbono. Los experimentos adicionales en curso están demostrando ya una sensibilidad excepcional a la fuerza. Los científicos de MACNEMS han logrado importantes avances en el uso de técnicas de amplificación mecánica, demostrando la amplificación paramétrica y la detección de masas con una resolución en la escala de un solo protón. La información obtenida a partir de los experimentos será de gran importancia para el desarrollo de sistemas nanoelectromecánicos (NEMS) novedosos y dispositivos que empleen nanorresonadores.
