TU Delft fabriceert één van 's werelds meest precieze microchipsensoren

Deze doorbraak van de Nederlandse onderzoekers heeft grote implicaties voor de studie van zwaartekracht en donkere materie, alsook op het gebied van kwantuminternet, navigatie en detectie.

Trefwoorden: #microchip, #sensoren, #TU Delft

Lees verder

research

( Foto: TU Delft )

ENGINEERINGNET.BE - Een van de grootste uitdagingen bij het bestuderen van vibrerende objecten op de kleinste schaal, zoals die welke worden gebruikt in sensoren of kwantum hardware, is hoe te voorkomen dat omgevingsgeluiden interfereren met hun fragiele toestand.

Kwantum hardware wordt bijvoorbeeld gewoonlijk bewaard bij temperaturen die het absolute nulpunt (-273,15°C) benaderen, waarbij koelkasten een half miljoen euro per stuk kosten.

Onderzoekers van TU Delft creëerden daarom een webvormige microchipsensor die extreem goed resoneert, geïsoleerd van kamertemperatuurruis. De nieuwe sensor is geïnspireerd op een spinnenweb.

Richard Norte: "Spinnenwebben zijn goede trillingsdetectoren, in die zin dat ze trillingen binnen het web willen meten om hun prooi te vinden, maar niet daarbuiten, zoals de wind door een boom."

Miguel Bessa: "We wisten dat experimenten en simulaties kostbaar en tijdrovend zijn, dus besloten we met mijn groep een algoritme te gebruiken dat Bayesiaanse optimalisatie heet, om met weinig pogingen een goed ontwerp te vinden."

Het algoritme stelde uit 150 spinnenwebontwerpen een relatief eenvoudig spinnenweb voor, dat bestaat uit zes slierten die op een bedrieglijk eenvoudige manier aan elkaar vast zitten.

Bessa: "Uit computersimulaties bleek dat dit apparaat zou kunnen werken bij kamertemperatuur, waarbij atomen veel trillen, maar toch weinig energie de omgeving in weglekt. Met machine learning en optimalisatie slaagden we erin het spinnenwebconcept aan te passen richting deze veel betere kwaliteitsfactor."

Op basis van dit nieuwe ontwerp werd een microchipsensor gebouwd met een ultradunne, nanometer-dikke film van keramisch materiaal genaamd Silicium Nitride.

Zij testten het model door het 'web' van de microchip krachtig te laten trillen en de tijd te meten die nodig is om de trillingen te stoppen. Het resultaat was spectaculair: een recordbrekende geïsoleerde trilling bij kamertemperatuur.

Norte: "We vonden bijna geen energieverlies buiten ons microchip-web: de trillingen bewegen in een cirkel aan de binnenkant en raken de buitenkant niet."

De nieuwe sensor heeft interessante implicaties voor quantum-internet, detectie, microchiptechnologieën en fundamentele natuurkunde: het onderzoeken van ultrakleine krachten bijvoorbeeld, zoals zwaartekracht of donkere materie die moeilijk te meten zijn.