Los físicos de AMOLF han logrado enfriar un balanceo, cadena nanométrica a una temperatura cercana a cero sin utilizar refrigeración externa. En su experimento, el enfriamiento es un resultado intrínseco de una medición de posición "instantánea" que llevaron a cabo en una nanoestructura especialmente diseñada. El método de la instantánea, desarrollado en el grupo Photonic Forces de AMOLF, ofrece oportunidades para nuevas aplicaciones en detección cuántica con una sensibilidad sin precedentes. Los investigadores describen sus hallazgos en un artículo publicado el 9 de septiembre en Cartas de revisión física .

Un columpio en el patio de recreo no se moverá hasta que alguien lo empuje, pero una oscilación nanométrica (o un resonador nanomecánico) siempre se mueve debido a vibraciones térmicas aleatorias. "El método convencional para medir la posición de un nanowing con precisión tiene un poder predictivo limitado, porque los datos se promedian a lo largo del tiempo, "explica el líder del grupo Ewold Verhagen." Antes de que termine la medición, la influencia de la temperatura ya ha cambiado la posición con una cantidad aleatoria ".

Por lo tanto, para adquirir un conocimiento preciso de la posición del columpio en cualquier momento, es necesario eliminar el movimiento térmico. "Para saber realmente dónde está el objeto, necesita una temperatura (cercana) a cero, "dice Verhagen." En experimentos con mediciones de posición promediadas en el tiempo, esto generalmente se logra refrigerando físicamente el experimento a casi cero Kelvin ".

Midiendo =enfriamiento

El grupo de Fuerzas Fotónicas de AMOLF desarrolló un enfoque diferente mediante el uso de luz láser para tomar medidas precisas y casi instantáneas (instantáneas) de la posición de la estructura a nanoescala:una pequeña barra doble de silicio que vibra como una cuerda. "El diseño de nuestro nanoswing le permite interactuar fuertemente con la luz láser que usamos para medir su posición. El hecho de que tomemos una instantánea en lugar de una medición promediada en el tiempo, Es crucial, "dice Verhagen." Desde 1978, Científicos de Rusia y Austria han propuesto utilizar medidas, cuya duración es mucho más corta que el período de balanceo, y el tiempo que tarda el nanoescala en interactuar con su entorno térmico. Ahora hemos demostrado que las instantáneas nos permiten predecir con precisión la posición del nanowing, incluso sin refrigeración externa. La medición en sí cancela la incertidumbre térmica, y por lo tanto enfría el nano-swing tanto como lo haría un método de enfriamiento externo ".

Fluctuaciones cuánticas

Si bien no son el primer grupo en demostrar el principio de instantánea, Verhagen y su equipo han alcanzado una precisión de medición sin precedentes que no solo elimina las vibraciones térmicas, pero también entra dentro del rango de fluctuaciones cuánticas aún más pequeñas de las nanoamplias.

Verhagen dice:"Tales fluctuaciones cuánticas persisten incluso a la temperatura del cero absoluto. Así, normalmente establecen un límite a la sensibilidad de las mediciones mecánicas. Pero teóricamente las mediciones de instantáneas rápidas no están sujetas a la limitación de las fluctuaciones cuánticas. Por lo tanto, Nuestros hallazgos bien pueden conducir a nuevas aplicaciones en sensores cuánticos. Idealmente, Nos gustaría desarrollar métodos de detección con menos ruido que los mejores métodos de detección (promediados en el tiempo) en un entorno de cero Kelvin. "