想象一個(gè)顆粒，只有細(xì)菌直徑的十分之一，其微小的抖動(dòng)會(huì)在整個(gè)機(jī)械裝置中引起持續(xù)振動(dòng)，大約50倍。美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)的研究人員通過巧妙利用光，電子在金屬表面和熱量之間的相互作用，首次創(chuàng)造了一種等離子體力學(xué)振蕩器(PMO)，因?yàn)樗o密地命名將等離子體 - 電子在金屬納米粒子表面的集體振蕩 - 耦合到它嵌入的大得多的器件的機(jī)械振動(dòng)中。

整個(gè)系統(tǒng)，不比紅血球大，具有無數(shù)的技術(shù)應(yīng)用。它為機(jī)械振蕩器的小型化提供了新的方法，改善了依賴于光調(diào)制的通信系統(tǒng)，極大地放大了極弱的機(jī)械和電子信號(hào)，并為納米粒子的微小運(yùn)動(dòng)創(chuàng)建了精確靈敏的傳感器。

NIST的研究人員Brian Roxworthy和Vladimir Aksyuk在最近一期Optica中描述了他們的工作。

該裝置由金納米粒子組成，直徑約100納米，嵌入微型懸臂 - 微型跳板 - 由氮化硅制成。氣隙夾在這些部件和下面的金板之間; 間隙的寬度由靜電致動(dòng)器控制 - 靜電致動(dòng)器 - 一個(gè)薄金膜，位于懸臂頂上，并在施加電壓時(shí)向板彎曲。納米粒子充當(dāng)單個(gè)等離子體結(jié)構(gòu)，其具有隨著間隙的大小而變化的自然或共振頻率，就像調(diào)整吉他弦改變弦回響的頻率一樣。

當(dāng)光源(在這種情況下是激光)照射在系統(tǒng)上時(shí)，它使諧振器中的電子振蕩，從而升高諧振器的溫度。這為PMO中的光，熱和機(jī)械振動(dòng)之間的復(fù)雜交換奠定了基礎(chǔ)，賦予系統(tǒng)若干關(guān)鍵屬性。

通過向擠壓間隙的靜電致動(dòng)器施加小的直流電壓，Roxworthy和Aksyuk改變了諧振器振動(dòng)的光學(xué)頻率和系統(tǒng)反射的激光強(qiáng)度。這種光機(jī)械耦合是非常需要的，因?yàn)樗梢哉{(diào)制和控制硅芯片上的光流并且形成在自由空間中傳播的光束的傳播。

第二特性涉及諧振器吸收激光時(shí)產(chǎn)生的熱量。熱量導(dǎo)致薄金膜致動(dòng)器膨脹。擴(kuò)展縮小了間隙，降低了嵌入式諧振器振動(dòng)的頻率。相反，當(dāng)溫度降低時(shí)，致動(dòng)器收縮，加寬間隙并增加諧振器的頻率。

至關(guān)重要的是，執(zhí)行器施加的力總是將懸臂踢向與懸臂已經(jīng)行進(jìn)的方向相同的方向。如果入射激光足夠強(qiáng)大，這些踢動(dòng)會(huì)導(dǎo)致懸臂經(jīng)歷自持振蕩，其幅度比裝置的振蕩大數(shù)千倍，這是由于其自身原子在室溫下的振動(dòng)。

“這是第一次出現(xiàn)尺寸小于可見光的單個(gè)等離子體諧振器產(chǎn)生機(jī)械裝置的這種自持振蕩，”Roxworthy說。

該團(tuán)隊(duì)還首次證明，如果靜電執(zhí)行器向PMO提供小的機(jī)械力，在系統(tǒng)經(jīng)歷這些自持振蕩的同時(shí)發(fā)生變化，PMO可以鎖定在微小的可變信號(hào)上并大大放大。研究人員表明，即使信號(hào)的幅度小到十萬分之一米，他們的設(shè)備也可以放大來自相鄰系統(tǒng)的微弱信號(hào)。Roxworthy說，這種能力可以轉(zhuǎn)化為檢測(cè)小振蕩信號(hào)的巨大改進(jìn)。