Theory, characterization and optomechanical effects of ultrathin nanomechanical resonators

Abstract

Tesis llevada a cabo para conseguir el grado de Doctor por la Universidad Autónoma de de Madrid.--2016-04-20.--Sobresaliente Cum Laude. Premio extraordinarioLas nano-estructuras mecánicas que oscilan a altas frecuencias representan la base de una multitud de fascinantes aplicaciones en nanotecnología como el procesado de señales1-8 , sensores químicos 9-12 y biológicos 13-21 , y la observación de efectos cuánticos en sistemas mecánicos22-25 . Estos dispositivos, conocidos en la literatura como resonadores nanomecánicos pueden tener forma de palancas26-28, puentes4-7 y membranas29-32 o incluso pueden tener canales integrados para micro y nano-fluidica14,33-35 . El metódo más utilizado para mejorar el rendimiento de un resonador nanomecánico consiste en la miniaturización del dispositivo. La pequeña masa y las altas frecuencias de resonancia de estos dispositivos permiten alcanzar una sensibilidad en masa sin precedentes llegando hasta el yocto-gramo 36,37. Sin embargo, esta drástica miniaturización no es posible en una gran variedad de aplicaciones sensoras basadas en resonadores nanomecánicos, ya que, en muchos casos la sensibilidad no es la única cantidad que hay que maximizar. En aplicaciones que requieren medir pequeñas cantidades de analito ultradiluido27,38,39, hay que tener en cuenta también otro límite de detección determinado por el límite difusivo que escala con el área del sensor8 . Por lo tanto, en muchas aplicaciones el dispositivo ideal necesita tener una alta sensibilidad y, al mismo tiempo una gran área de captura; esta necesidad explica por qué hay tanto interés en el desarrollo de estructuras mecánicas ultradelgadas29,40-44 . Los resonadores nanomecánicos ultra-delgados representan el mejor compromiso para medir concentraciones ultra-bajas de analito con alta sensibilidad. Aunque estos dispositivos poseen un enorme potencial para el desarrollo de futuros sensores45, hay varias cuestiones abiertas que hay que resolver. En esta tesis voy a profundizar en algunos aspectos relevantes que surgen a la hora de utilizar los resonadores nanomecánicos ultra-delgadosPeer reviewe