I fisici di AMOLF sono riusciti a raffreddare un'oscillazione, stringa di dimensioni nanometriche a temperatura prossima allo zero senza l'utilizzo di refrigerazione esterna. Nel loro esperimento, il raffreddamento è un risultato intrinseco di una misurazione della posizione "istantanea" che hanno condotto su una nanostruttura appositamente progettata. Il metodo dello scatto, sviluppato nel gruppo Photonic Forces di AMOLF, offre opportunità per nuove applicazioni nel rilevamento quantistico con una sensibilità senza precedenti. I ricercatori descrivono i loro risultati in un articolo pubblicato il 9 settembre su Lettere di revisione fisica .

Un'altalena nel parco giochi non si muove finché qualcuno non le dà una spinta, ma un'oscillazione di dimensioni nanometriche (o un risonatore nanomeccanico) è sempre in movimento a causa di vibrazioni termiche casuali. "Il metodo convenzionale per misurare accuratamente la posizione di un nanoswing ha un potere predittivo limitato, perché i dati sono mediati nel tempo, " spiega il capogruppo Ewold Verhagen. "Prima che la misurazione sia finita, l'influenza della temperatura ha già cambiato la posizione con una quantità casuale."

Così, acquisire una conoscenza accurata della posizione dello swing in qualsiasi momento, il movimento termico deve essere eliminato. "Per sapere veramente dove si trova l'oggetto, hai bisogno di una temperatura (vicina) allo zero, " dice Verhagen. "Negli esperimenti con misurazioni di posizione mediate nel tempo, questo si ottiene solitamente refrigerando fisicamente l'esperimento a quasi zero Kelvin."

Misurazione =raffreddamento

Il gruppo Photonic Forces di AMOLF ha sviluppato un approccio diverso utilizzando la luce laser per effettuare misurazioni accurate e quasi istantanee (istantanee) della posizione della struttura su scala nanometrica:una piccola bacchetta doppia di silicio che vibra come una corda. "Il design del nostro nanoswing gli consente di interagire fortemente con la luce laser che utilizziamo per misurare la sua posizione. Il fatto che scattiamo un'istantanea invece di una misurazione media nel tempo, è fondamentale, " dice Verhagen. "Dal 1978, scienziati in Russia e Austria hanno proposto di utilizzare misurazioni, la cui durata è molto più breve del periodo di oscillazione, e il tempo impiegato dal nanoswing per interagire con il suo ambiente termico. Abbiamo ora dimostrato che le istantanee ci consentono di prevedere con precisione la posizione del nanoswing, anche senza refrigerazione esterna. La misura stessa annulla l'incertezza termica, e quindi raffredda il nanoswing tanto quanto farebbe un metodo di raffreddamento esterno."

Fluttuazioni quantistiche

Sebbene non siano il primo gruppo a dimostrare il principio dell'istantanea, Verhagen e il suo team hanno raggiunto una precisione di misurazione senza precedenti che non solo elimina le vibrazioni termiche, ma rientra anche nella gamma di fluttuazioni quantistiche ancora più piccole delle nanoswing.

Verhagen dice, "Tali fluttuazioni quantistiche persistono anche alla temperatura dello zero assoluto. Pertanto, normalmente fissano un limite alla sensibilità delle misurazioni meccaniche. Ma in teoria, le misurazioni istantanee veloci non sono soggette alla limitazione delle fluttuazioni quantistiche. Perciò, le nostre scoperte potrebbero portare a nuove applicazioni nei sensori quantistici. Idealmente, vorremmo sviluppare metodi di rilevamento con meno rumore rispetto ai migliori metodi di rilevamento (mediati nel tempo) in un ambiente a zero Kelvin. "