Nieuwe sensor meet mechanische trillingen die kleiner zijn dan de dikte van een enkel atoom

Een nieuw type chip kan verplaatsingen meten kleiner dan de dikte van atoomkernen. Dat laten onderzoekers van het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft en het Japanse NTT-laboratorium in Kanagawa zien (Nature Physics, online 31 augustus).

Verplaatsingssensoren worden toegepast in de versnellingssensoren die in botsingsdetectoren voor airbags zitten, of in positiebepalingsapparatuur in raketten. De nu gebouwde, gevoeliger versie, die werkt bij extreem lage temperaturen, zou dienst kunnen doen als meetinstrument in de nanotechnologie of bij onderzoek naar quantumcomputers. De techniek is niet de enige methode om zulke kleine afwijkingen te meten, maar heeft volgens de onderzoekers wel de meeste potentie om nog gevoeliger gemaakt te worden.

De schakeling bestaat uit een Superconducting Quantum Interference Device (SQUID), een rechthoekig ringetje kleiner dan een tiende millimeter, gemaakt van supergeleidend materiaal. Met SQUIDs zijn zeer kleine veranderingen in magnetische velden gevoelig te meten.

Het ringetje ligt vrijwel plat op een vlakke ondergrond, maar een gedeelte loopt in een boogje, als een minuscuul boogbruggetje. In de buurt van de SQUID is een sterk magnetisch veld aangelegd, zo geörienteerd dat de SQUID alleen de magnetische veldlijnen oppikt die onder het bruggetje doorlopen. Wanneer het bruggetje iets inzakt, lopen er iets minder magnetische veldlijnen onderdoor, en zal de SQUID die verandering detecteren. Zo konden de onderzoekers de warmtetrillingen van de brug meten, die bij enkele honderdsten van een graad boven het absolute nulpunt heel klein zijn.

De kleinst meetbare uitwijking was 10 femtometer (een femtometer is een miljoenste van een miljoenste millimeter), de afmeting van een doorsnee atoomkern. Atomen zelf zijn zo’n tienduizend maal groter, maar deze gevoeligheid is nog altijd 36 keer meer dan de limiet gesteld door het Heisenberg-principe uit de quantummechanica. Uiteindelijk willen de onderzoekers ook in de buurt van dat regime komen.