מכניקת חלל מאפשרת שליטה בתנועה מכנית באמצעות האינטראקציה של קרינה-לחץ ותרמה לשליטה קוונטית של מערכות מכניות מהונדסות, החל ממראות לייזר אינטרפרומטר כבידה (LIGO) ועד למערכות ננו-מכניות בקנה מידה של קילוגרם. עם זאת, כמעט כל התוכניות הקודמות השתמשו במערכות אופטו-מכאניות בודדות או מועטות.
מחקר תיאורטי מוביל העריך שסריגים אופטו-מכאניים יכולים לגשת לפיזיקה מורכבת יותר ולדינמיקה ייחודית, כגון דינמיקה קולקטיבית קוונטית ותופעות טופולוגיות. עם זאת, יצירת סריג אופטומכני שיכול לתמוך במספר רב של דרגות חופש אופטיות ומכאניות משולבות ושכפול מכשירים כאלה בניסוי תחת שליטה הדוקה הוכחה כקשה.
הסריג האופטו-מכני של מעגל מוליך-על הראשון בקנה מידה גדול וניתן להגדרה מחדש שיכול לפתור את בעיות קנה המידה של מערכות אופטו-מכאניות קוונטיות נוצר על ידי מדענים במעבדתו של טוביאס ג'יי קיפנברג בבית הספר למדעים בסיסיים של EPFL. הצוות הבין סריג גרפן מתוח אופטו-מכני והשתמש בשיטות מדידה חדשניות כדי לבחון מצבי קצה טופולוגיים לא טריוויאליים.
"קבל ראש תוף מרווח ואקום", גם הוא מרכיב קריטי באתר היחיד של הסריג, מורכב מסרט אלומיניום דק תלוי מעל תעלה ב- מצע סיליקון. זה מרכיב את הרכיב הרוטט של המכשיר ובו זמנית יוצר מעגל מיקרוגל תהודה עם משרן ספירלי.
אמיר יוספי, שהוביל את הפרויקט, אמר: "פיתחנו טכניקת ננו-ייצור חדשנית למערכות אופטו-מכניות במעגלים מוליכים-על עם יכולת שחזור גבוהה וסובלנות הדוקה במיוחד על הפרמטרים של המכשירים הבודדים. זה מאפשר לנו להפוך את האתרים השונים למעשה זהים, כמו בסריג טבעי".
ידוע היטב שסריג הגרפן מציג מאפיינים טופולוגיים לא טריוויאליים ומצבי קצה מקומיים. מצבים אלה נראו במה שהמדענים מתייחסים אליו כ"פתית גרפן אופטו-מכנית" המורכבת מעשרים וארבעה כתמים.
אנדריאה בנקורה, שתרמה למחקר, אמרה, "הודות לערכת הכלים האופטו-מכנית המובנית, נוכל לצלם באופן ישיר וללא הפרעה את צורות המצב האלקטרומגנטי הקולקטיבי בסריגים כאלה. זוהי תכונה ייחודית של הפלטפורמה הזו."
הפלטפורמה החדשה שלהם מציעה ערכת מבחן מהימנה לחקר פיזיקה טופולוגית בסריגים חד ודו-מימדיים, כפי שמוכיחים תוצאות הצוות, התואמות היטב את התחזיות התיאורטיות.
שינגו קונו, חבר נוסף בצוות המחקר, אמר, "על ידי גישה הן לרמות האנרגיה והן לצורות האופנים של עירורים קולקטיביים אלה, הצלחנו לשחזר את המילטון הבסיסי המלא של המערכת, מה שמאפשר מיצוי מלא של אי-סדר וחוזק צימוד בסריג מוליך-על בפעם הראשונה."
עיון ביומן:
- Youssefi, A., Kono, S., Bancora, A. et al. סריג טופולוגי שהתממש באופטומכניקת מעגלים מוליכים-על. טבע 612, 666–672 (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05367-9
