a, Una nanopartícula de sílice (NP) se hace levitar al vacío con un 500 mW, 1, Láser de 550 nm enfocado con precisión por una lente de objetivo (OBJ) con una apertura numérica de 0,85. 1 adicional, El láser de 020 nm se utiliza para aplicar un par externo en la nanopartícula. La polarización de cada láser se controla con una placa de cuarto de onda (λ / 4). Después de la lente de colimación, el láser de captura se dirige a detectores para monitorear el movimiento de la nanopartícula atrapada. DM, espejo dicroico; λ / 2, media placa de onda; PBS, divisor de haz polarizador; y DET, fotodetector equilibrado. Recuadro:imágenes de microscopio electrónico de barrido de una nanoesfera de sílice (izquierda) y una nanodumbbell de sílice (derecha). La barra de escala es de 200 nm para ambas imágenes. B, Una PSD medida de la rotación de una nanopartícula levitada ópticamente a 10 −4 torr. La frecuencia del pico PSD es el doble de la frecuencia de rotación de la nanopartícula. C, Un espectrograma (trazo de tiempo) de la PSD de rotación de una nanopartícula levitada ópticamente registrada durante 100 s. La primera línea vertical corresponde a la PSD que se muestra en b. a.u., unidades arbitrarias. Crédito: Nanotecnología de la naturaleza (2020). DOI:10.1038 / s41565-019-0605-9
Un equipo de físicos de la Universidad de Purdue ha construido el dispositivo de medición de par más sensible de la historia. En su artículo publicado en la revista Nanotecnología de la naturaleza , el equipo describe su nuevo dispositivo y describe cómo podría usarse.
El par es una fuerza de torsión que a menudo conduce a la rotación. Los dispositivos construidos para medir el torque en un sistema toman muchas formas y vienen en muchos tamaños. En años recientes, Los científicos han estado trabajando en formas de reducir el tamaño de los sensores de par con el objetivo de medir cantidades muy pequeñas de par. Se han desarrollado pequeños dispositivos que utilizan nanofabricación y enfriamiento criogénico para estudiar cosas como el efecto Casimir y el magnetismo a pequeña escala. Antes de este nuevo esfuerzo, el sensor de torque más sensible había logrado una sensibilidad de 2.9 × 10 −24 N m Hz −1/2 a temperaturas de milikelvin. El equipo de Purdue se propuso el objetivo de romper ese récord.
El nuevo dispositivo consistía en una nanopartícula de sílice suspendida dentro de una cámara de vacío por un 500 mW, 1, Rayo láser de 550 nm. El equipo aplicó torque a la nanopartícula disparando un pulsador, circularmente polarizado 1, Haz un rayo láser de 020 nm durante 100 segundos a la vez. Los investigadores utilizaron una placa de cuarto de onda para controlar la polarización. Las ondas giratorias en el haz del electroimán impartieron una acción de torsión en la nanopartícula, haciéndolo girar a 300 mil millones de rpm, el rotor artificial más rápido jamás construido. El equipo pudo medir la cantidad de torque en el dispositivo midiendo cuánto cambió la velocidad de giro de la partícula durante los ciclos de encendido y apagado utilizando un sensor óptico. Los investigadores señalan que su sistema, a diferencia de otros que se están desarrollando, no requirió una nanofabricación intrincada.
Usando el dispositivo, los investigadores pudieron medir el torque a una cuadrillonésima parte de un newton-metro, lo que lo hace aproximadamente 700 veces más sensible que el poseedor del récord anterior. Afirman que su dispositivo será el primero en medir la fricción del vacío, en el que la mecánica cuántica sugiere que un objeto que gira en el vacío experimenta un arrastre debido a los campos electromagnéticos que aparecen y desaparecen constantemente. El equipo también afirma que el dispositivo podría usarse para la investigación del magnetismo a nanoescala y para estudiar la fase geométrica cuántica.
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