Description
In dieser Arbeit werden Quanteneffekte in den mechanischen Eigenschaften
eines nanomechanischen Balkenresonators untersucht.
Dabei werden zunaechst Quantenfluktuationen der transversalen
Auslenkung des Resonators behandelt. Diese lassen sich durch
zwei Verfahren verstaerken,
dynamisch mittels parametrischer Resonanz, oder statisch durch
longitudinale Kompression bis nahe der Euler-Instabilitaet,
bei der sich der Nanobalken klassisch zur Seite biegt.
Desweiteren werden die Analogien zu makroskopischer Quantenkohaerenz
und makroskopischem Quantentunneln
in einer quantenmechanischen Beschreibung des Balkens jenseits der
Euler-Instabilitaet diskutiert.
Als Modell-Balken wird dabei ein Single-Wall-Carbon-Nanotube von 0.1 Mikrometer Laenge
verwendet. Seine ausgezeichneten elastischen Eigenschaften und seine geringe Masse
(etwa 20000 C-Atome) machen ihn zum bestmoeglichen
Kandidat zum Nachweis von makroskopischen Quanteneffekten, und
seine thermischen Fluktuationen der mittleren Auslenkung in Balkenmitte
sind bereits im Experiment gemessen worden.
Das Quantenregime fuer diese Fluktuationen ist aufgrund der sehr hohen Resonatorfrequenzen
im GHz-Bereich ebenfalls experimentell zugaenglich;
die Quantenfluktuationen selbst sind zwar mit (0.01 Nanometer)^2 sehr klein,
aber mit neuesten, extrem sensitiven Sensoren im Prinzip detektierbar.
Dynamisch lassen sich die Fluktuationen
unter Ausnutzung der parametrischen Resonanz bis auf etwa (1 Nanometer)^2
verstaerken, aber nur in einem sich periodisch aufschaukelndem Nichtgleichgewichtsprozess,
sodass zu deren Nachweis eine
stroboskopische Messmethode verwendet werden muss.
Auch durch longitudinale Kompression bis sehr nahe an die Euler-Instabilitaet,
zum Beispiel durch piezoelektrisches Druecken, lassen sich die
Quantenfluktuationen verstaerken, und zwar bis zu einer neuen,
rein quantenmechanisch bestimmten Skala von etwa 0.1 Nanometer;
die parallel dazu reduzierte Frequenzskala ist fuer typische solche Nanotubes
im Bereich von 10 MHz.
Jenseits der Euler-Instabilitaet
laesst sich der Balken quantenmechanisch in einer
Superposition aus "nach links" und "nach rechts" gebogen beschreiben.
Die dann niedrigste Anregungsenergie, die Tunnelfrequenz
des entsprechenden Zweizustandsystems, betraegt nur noch einige MHz.
Makroskopisches Quantentunneln aus einem durch kapazitive Kopplungen
metastabil gemachten Zustand "links" ergibt eine sehr niedrige
Uebergangstemperatur zum Quantenregime von 0.7 mK,
man erhaelt dennoch eine Quantenkorrektur zum Temperaturverhalten des klassischen
Arrhenius-Gesetzes.
Insgesamt zeigen die hier vorgestellten Rechnungen,
dass durch geeignete Kombination bereits durchgefuehrter
Experimente oder verbesserte Kuehlmechanismen Quantenmechanische Effekte, besonders
Quantenfluktuationen, in naher Zukunft tatsaechlich
in makro(nano)skopischen mechanischen Systemen relevant
werden koennen und die "Quantenmechanik" daher woertlich genommen
werden sollte.
Die moderne Astrophysik steht vor der Herausforderung, neueste
Beobachtungen mit den theoretischen und numerischen Modellen der
Galaxienentstehung und -entwicklung zu konfrontieren. So hofft man, die
wichtigsten physikalischen Prozesse und ihre Zeitskalen identifizieren zu
koennen.
In dieser...
Published 09/10/04
This work presents the results of a detailed study of the statistical and physical properties of binary ultracool dwarfs and brown dwarfs (spectral type later than M7).
As for the statistical properties, we found that the frequency of binaries among ultracool objects is significantly lower than...
Published 09/04/04