Buckling is an important resource for memory and sensing applications at the micro- and nano-scale. Although different approaches have been developed to access buckling, such as the use of pre-stressed beams or thermal heating, none of them can dynamically and precisely control the critical bifurcation parameter the compressive stress on the nanobeamwhile keeping the heat generation and power dissipation at levels acceptable for real-life applications. Here, we develop an all-electrostatic architecture to control the compressive force, as well as the direction and amount of buckling, without heat generation. The devices, consisting of contact pads, comb-drive and beam, have been fabricated on Silicon on Insulator (SOI) chip by using micro-/nano-fabrication techniques. With this architecture, we demonstrated fundamental aspects of device function and dynamics. By applying signal voltages as low as 0.5 V, we controlled the direction of buckling to store binary information. Lateral deflections as large as 12% of the beam length were achieved, allowing nanomechanical manipulations at large deformations. We performed fatigue tests on the device which showed no discernible damage even after 10,000 buckling cycles. By modulating the compressive stress and lateral electrostatic force acting on the beam, we tuned the potential energy barrier between the post-bifurcation stable states and observed persistent transitions between the states. The proposed architecture, in this work, opens avenues for developing DC-controlled multibit nanomechanical logic gates, nano-manipulators, switches, and for studying the relationship between entropy and information.

Burkulma, mikro ve nano ölçekte bellek ve algılama uygulamaları için önemli bir olanaktır. Burkulma elde etmek için ön-gerilimli kiriş kullanmak ya da termal ısıtma gibi farklı yaklaşımlar geliştirilmiş olmasına rağmen bunlardan hiçbiri ısıüretimini ve güç kaybını gerçek hayat uygulamalarına uygun seviyede tutarak kritik çatallanma parametresini -kirişe uygulanan sıkıştırıcı gerilim- dinamik ve kesin olarak kontrol edememektedir. Bu çalışmada, sıkıştırıcı kuvvetinin yanı sıra burkulma yönünü ve miktarını da ısı üretimi olmadan kontrol edebildiğimiz tamamen elektrostatik bir mimari geliştirdik. Temas bloğu, tarak sürücü ve kirişten oluşan bu aygıtlar, mikro ve nano üretim teknikleri kullanılarak, yalıtkan üstü silikon (SOI) yongalar üzerinde üretilmiştir. Bu mimari ile aygıtın işlev ve dinamiklerinin temel yönlerini gösterdik. 0.5 V kadar düşük sinyal voltajları uygulayarak, ikili bilgiyi depolamak için burkulma yönünü kontrol ettik. Yüksek deformasyonlarda nanomekanik manipülasyonlara imkan veren, kiriş uzunluğunun yüzde 12'sine kadar ulaşabilen yanal yönelimler elde edildi. Uyguladığımız yorulma testleri, 10,000 burkulma döngüsünden sonra bile aygıt üzerinde fark edilebilir bir hasar oluşmadığını gösterdi. Kiriş üzerine etki eden sıkıştırıcı gerilimi ve yanal elektrostatik kuvveti modüle ederek burkulma sonrası kararlı durumlar arasındaki potansiyel enerji bariyerini ayarladık ve bu durumlar arasındaki kararlı geçişleri gözlemledik. Bu çalışmada sunulan yapı, doğru akım (DC) kontrollü çoklu-bit nanomekanik mantık kapıları, nano-manipülatörler, siviçler geliştirmede ve entropi ile bilgi arasındaki ilişkiyi çalışmada yöntemler sunmaktadır.