© 2019 by Hanay Research Group

Bilkent University, Ankara, Turkey

Faz Gürültüsü ve Nonlineer Salıngaçlar

Gizemini Koruyan bir Problem: Nanomekanik Faz Gürültüsü

115E230 numaralı TÜBİTAK 1001 kapsamında yürüttüğümüz bu projede, nanomekanik salıngaçları lineer bölgelerinin ötesinde (non-lineer bölgede) sürmek, bu bölgede çalışan bir nanomekanik algılayıcı için faz gürültüsü ölçümlerini yapmayı hedefliyoruz. 

Peki neden böyle bir çalışma yapma gereği duyduk? 

Günümüzde bilim dünyası bir çok temel kanunu bulmuş olsa da, bazı fiziksel mıntıkalarda hala anlaşılmayan temel problemler bulunmaktadır.

Bu temel problemlerin bir tanesi de nanomekanik alanındadır. Bir çok araştırma grubu, biz de dahil olmak üzere, bu nanomekanik yapıları, algılayıcı olarak kullanmaya çalışmaktadır.

 

Bu algılayıcılar, tek bir molekülü tartmak ya da çok küçük kuvvetleri (mesela Hidrojen bağının koparacak mertebede kuvvetler) ölçmek gibi iddialı uygulamalarda kullanılmaktadır.

Ne var ki, bu algılayıcıların performanslarını sınırlandıran bir etken vardır: faz gürültüsü. 

Tamamen mükemmel şekilde çalışan bir saatin faz gürültüsü sıfırdır: atılan adımların arasındaki adımlar tamamen birbirine eşdeğerdir. Eğer bu adımlardan bir frekans üreteçi yapılsaydı, her bir döngüdeki frekans birbirinin aynısı olurdu.

 

Nanomekanik algılayıcılar da bir nevi saat işlevi görürler: mekanik yapılarının belirlediği bir frekansta salınım yaparlar. Bu yapının üstüne, mesela bir molekül gelip bindiği zaman, yapının da salınım frekansı değişir. Bu frekans değişiminden de  molekülün kütlesi ölçülebilir.

İşte nanomekanik algılamadaki temel prensip, frekans değişmelerini ölçmek olduğu için, yapı frekansının hep aynı olması yani faz gürültüsünün az olması çok önemlidir.

Faz gürültüsünün ne kadar büyük olacağı temel prensiplerle hesap edilebilir. İyi bir deneysel sistemde, gürültü miktarı en düşük olabilecek seviyo olan termomekanik gürültü seviyesine indirilebilir. Bu seviye, bir ısı banyosuyla dengede olan nanomekanik yapının hissettiği Brownian hareketine tekabül eden seviyedir. 

Normalde, iyi tasarlanmış bir deneysel sistemde, termomekanik gürültüye tekabül eden faz gürülütüsü seviyesini görmeyi bekleriz. Ne var ki,son yıllarda yapılan bir çok deneysel çalışmada, beklenen faz gürültüsünden 10 kat ile 100 kat arası daha kötü bir gürültü elde edildiği gözlemlenmiştir.

 

Bu deneyler iyi tasarlanmış, termomekanik gürültünün normalde görülebildiği deneylerdir. Fakat elimizdeki teoriler (beklenen gürültü) ile deneysel sonuçlar (ölçülen gürültü) birbirini tutmamaktadır.  

İşte bu problemi anlamak için deneysel çalışan grubumuz ile faz gürültüsü konusunda dünyanın önde gelen teorisyenlerinden birisi olan, Koç Üniversitesi'nden Prof. Dr. Alper Demir ile çalışmaktayız. 

İlk olarak hedefimiz, nanomekanik algılayıcıların normalde çalıştırılmadıkları yüksek titreşim sistemlerinde çalıştırılmasını sağlamak ve buradaki faz gürültüsü ölçümlerini yapmak olacaktır. 

Sonra da bu algılayıcıların özelliklerinin iyileştirilmesi ve tek-molekül düzeyinde kütle algılayıcısı olarak kullanılmalarına çalışılacaktır.

Konuyla ilgili daha fazla bilgi almak için Dr. Selim Hanay'a ulaşabilirsiniz. 

​​