Optical and Electrical characterization of Carbon Nanotube based high-Q mechanical resonators

Abstract

[ANGLÈS] Carbon Nanotubes have been one of the most intensively studied materials in the last two decades. Because of their combination of outstanding properties (mechanical, thermal, electrical, optical, etc.) the community expects to exploit their potential in a myriad of different applications. One of them is that of sensing ultra small forces using mechanical resonators as probes. In this work, a mechanical resonator based in a suspended Carbon Nanotube is optically characterized by means of Resonant Raman Spectroscopy to check its defect free structure. Moreover, a force measurement using a transistor-like set up is used to measure the thermal vibration of the resonator. A resonance at frequencies of tens of MHz with a quality factor of ∼ 3 · 105 gives an unprecedented force sensitivity of 3.1 zN/Hz1/2 at a base temperature of 40 mK.

[CASTELLÀ] Los nanotubos de carbono han sido uno de los materiales más estudiados en las últimas dos décadas. Debido a su combinación de propiedades extraordinarias (mecánicas, térmicas, eléctricas, ópticas, etc.) la comunidad científica espera explotar su potencial en multitud de aplicaciones. Una de ellas es la medición de fuerzas ultra pequeñas utilizando resonadores mecánicos. En esta tesis, un resonador basado en un nanotubo de carbono suspendido es caracterizado ópticamente mediante Espectroscopia Raman Resonante para comprobar su estructura libre de defectos. Además, un experimento de medición de fuerzas utilizando una configuración en forma de transistor es usado para medir la vibración tèrmica del resonador. Una resonancia en frequencias de decenas de MHz con un factor de calidad de ~3·10⁵ da una sensibilidad de fuerza sin precedentes de 3,1 zN/sqrt(Hz) con una temperatura base de 40 mK.

[CATALÀ] Els nanotubs de carboni han estat un dels materials més estudiats en les últimes dues dècades. Degut a la seva combinació de propietats extraordinàries (mecàniques, tèrmiques, elèctriques, òptiques, etc.) la comunitat científica espera explotar el seu potencial en multitud d'aplicacions. Una d'elles és la mesura de forces ultra petites utilitzant resonadors mecànics. En aquesta tesi, un resonador basat en un nanotub de carboni suspés és caracteritzat òpticament mitjançant Espectroscopia Raman Resonant per comprovar la seva estructura lliure de defectes. A més, un experiment de mesura de forces utilitzant una configuració en forma de transistor és usat per mesurar la vibració tèrmica del resonador. Una resonància a freqüències de desenes de MHz amb un factor de qualitat de ~3·10⁵ dóna una sensitivitat de forca sense precedents de 3,1 zN/sqrt(Hz) amb una temperatura base de 40 mK.