Aan het bespelen van deze microscopische snaar komen geen vingers te pas. De koolstofnanobuis kan de trillende beweging geheel op eigen houtje maken.
Een gitaar staat fraai in de woonkamer, maar is pas écht leuk als je hem erbij pakt en er met je vingers of een plectrum mooie deuntjes uit tovert. Sommige snaren, zo schrijven onderzoekers van de Lancaster- en Oxford-universiteit in vakblad Nature Physics, blijken helemaal niet zo’n externe stimulus nodig te hebben om de trillingen te maken. Onder precies de juiste omstandigheden doen ze dat vanzelf.
Lees ook:
Koolstofnanobuis
De microscopische ‘snaar’ is een koolstofnanobuis; een holle buis van een opgerolde laag grafeen. De snaar heeft een diameter van 3 nanometer, oftewel 0,000003 millimeter – zo’n 100.000 keer dunner dan een doorsnee gitaarsnaar.
De onderzoekers zetten de nanobuis aan beide zijden vast, maar lieten het midden – een stuk van zo’n 800 nanometer – vrij om te vibreren. Vervolgens koelden ze de nanosnaar tot 25 millikelvin (mK) oftewel 0,025 graden Celsius boven het absolute nulpunt van – 273.15 °C (0° kelvin).
Microscopische duwtjes
Net als hoe je gitaarsnaren doet trillen door te tokkelen, vibreert ook deze ‘snaar’ als het gestimuleerd wordt. In dit geval lieten de onderzoekers een elektrische stroom door de buis lopen – et voilà een trillende nanosnaar.
Het bijzondere aan het onderzoek kwam daarna, toen het team de stroom uitzette. Want de snaar trilde nog steeds, zelfs zonder die stimulus. “Het duurde even voor we door hadden wat die vibraties veroorzaakte, maar uiteindelijk snapten we het”, vertelt auteur Edward Laird in een persbericht.
Een schematische weergave van de ‘nanosnaar’. © Wen et al., 2019/Nature Physics
231 miljoen hertz
Laird: “In zo’n klein apparaat bestaat een elektrische stroom uit individuele elektronen. De elektronen hoppen een voor een op de draad, elk de volgende een duwtje gevend.” Meestal zijn die ‘duwtjes’ willekeurig, maar, zo schrijven de onderzoekers, onder precies de juiste omstandigheden zullen ze synchroniseren en een trilling veroorzaken – zonder externe aandrijver.
De vraag die je nu natuurlijk op de lippen brandt: welke noot speelt de snaar? Want hoewel de frequentie van de dunne tube ultrasoon is, en dus veel te hoog om door het menselijk oor gehoord te worden, kan er nog wel een noot aan gehangen worden. Met een frequentie van maar liefst 231 miljoen hertz is het een A, zo schrijven de onderzoekers. Maar dan wel 21 octaven hoger dan die standaard uit een gitaar klinkt.
Bronnen: Nature Physics, EurekAlert!
Beeld: Wen et al., 2019/Nature Physics
Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!