Impresión artística:diminutas vibraciones de cuerdas a nanoescala se convierten en señales de luz. Mientras que esto generalmente produce una modulación "limpia" (mostrada en rojo), la interacción extremadamente fuerte entre el movimiento y la luz produce señales de luz que se distorsionan como el sonido de una guitarra de rock saturada (mostrada en azul). Crédito:H.J. Boluijt
Los investigadores de AMOLF han desarrollado cuerdas a nanoescala cuyo movimiento se puede convertir en señales de luz con una fuerza sin precedentes. Esto podría permitir sensores extremadamente precisos y tiene un efecto secundario importante. "Análogo a un amplificador de guitarra en overdrive que produce ondas de sonido distorsionadas, nuestra fuerte conversión de movimiento a luz conduce a señales de luz distorsionadas, ", dice el líder del grupo Ewold Verhagen." Pero estas señales en realidad transportan información sobre el movimiento que puede conducir a nuevas formas de medir el movimiento mecánico cuántico ". Los investigadores publicaron sus resultados el 7 de julio de 2017 en Comunicaciones de la naturaleza .
Cuando un guitarrista sube el volumen del amplificador a los niveles de ganancia más altos, las vibraciones armónicas 'limpias' de las cuerdas de la guitarra se convierten en ondas sonoras distorsionadas. Este sonido 'sucio' es a menudo deseable:los gritos de los amplificadores de guitarra saturados han definido el sonido de la música rock durante décadas.
Luz estrechamente confinada
El grupo Photonic Forces de AMOLF estudia la interacción del movimiento y la luz utilizando cuerdas de silicio a nanoescala que vibran como cuerdas de guitarra a millones de veces por segundo. Los investigadores utilizan la luz para medir estas vibraciones con extrema precisión. El estudiante de doctorado Rick Leijssen y sus colegas desarrollaron cuerdas con una forma particular para exprimir la luz entre las cuerdas a una escala de decenas de nanómetros. "El estrecho confinamiento hace que el movimiento mecánico se convierta en señales de luz con una fuerza sin precedentes. Este es un gran paso hacia la creación de sensores de movimiento con extrema precisión, "Dice Leijssen." Estos sensores podrían detectar vibraciones de cuerdas con amplitudes tan pequeñas como el tamaño de un protón y podrían usarse para medir pequeñas fuerzas y masas ".
(arriba) Imagen de microscopio electrónico de las nanocadenas de silicio en forma de cristal fotónico en rodajas. Su vibración (media, movimiento exagerado) afecta fuertemente a la luz que queda atrapada entre los "dientes" de las cuerdas (parte inferior). Crédito:AMOLF
Señales distorsionadas
La fuerte conversión del movimiento en luz en las cuerdas de silicio tiene un efecto secundario:la conversión es tan fuerte que incluso para las pequeñas fluctuaciones intrínsecas de las cuerdas, la luz está saturada, 'análogo a lo que sucede en los amplificadores de guitarra de rock. Verhagen dice:"Similar al sonido chirriante de un amplificador saturado, las señales de luz en nuestro experimento contienen muchos armónicos más altos ('sobretonos') de la resonancia fundamental de la cuerda. Esto se debe a que la conversión entre movimiento y luz ya no es lineal ".
Revelando el comportamiento de la mecánica cuántica
En cierto sentido, esta conversión no lineal forma un límite práctico a la sensibilidad al movimiento. Sin embargo, las señales luminosas distorsionadas podrían utilizarse de nuevo. Una razón importante por la que los físicos de AMOLF estudian las pequeñas vibraciones de las cuerdas es para revelar si los objetos como las cuerdas se comportan de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica. El investigador postdoctoral Juha Muhonen dice:"Los armónicos más altos de las señales de luz producidas transportan diferentes tipos de información sobre el movimiento de las nanocadenas. Por ejemplo, demostramos que permiten medir la energía de la vibración con una gran precisión. Esto podría conducir potencialmente a observaciones directas de energía cuantificada en la cuerda, como cabría esperar de la teoría de la mecánica cuántica ".
