Un team internazionale delle Università di Vienna, Duisburg-Essen e Tel Aviv hanno creato una lancetta nanomeccanica per mostrare l'ora di un orologio elettronico, facendo girare un minuscolo cilindro usando la luce. Un nanobarra di silicio, lungo meno di un millesimo di millimetro, può essere intrappolato nel nulla utilizzando raggi laser focalizzati, e si girò per seguire il ticchettio di un orologio, perdendo solo un milionesimo di secondo in quattro giorni. Questo lavoro sarà pubblicato in Comunicazioni sulla natura .

Orologi molto regolari sono essenziali nella nostra vita quotidiana. Ci permettono di navigare, dai cronometri marini utilizzati per determinare la longitudine, al GPS. Gli orologi stabili alimentano Internet, definire la velocità con cui le informazioni possono essere inviate e ricevute.

Se il tuo orologio è molto preciso, è facile rilevare anche piccoli cambiamenti nella sua regolarità. Misurando il movimento di un oggetto fisico che tiene il tempo, come il pendolo di un orologio a pendolo, e confrontandolo con un riferimento elettronico, quindi possiamo rilevare i disturbi, come le vibrazioni del case.

In una ricerca pubblicata in Comunicazioni sulla natura , Stefan Kuhn dell'Università di Vienna e colleghi hanno creato una straordinaria scuderia, lancetta materiale per un orologio elettronico, realizzato dalle rotazioni di un cilindro di silicio di dimensioni micrometriche, che è levitato dalla luce. La squadra usa l'orologio per dare un calcio al minuscolo rotore con impulsi di luce polarizzata, facendolo girare un milione di volte al secondo. "È incredibile che possiamo prendere un segnale elettronico, e usarlo per guidare perfettamente il movimento di un oggetto fisico, senza alcuna perdita di stabilità. Il nostro orologio ha perso solo un milionesimo di secondo in quattro giorni, ", afferma il coautore James Millen. Altri dispositivi meccanici così piccoli sono limitati in termini di precisione dal contatto con il loro ambiente, ma quando viene levitato il nano-rotore rimane estremamente stabile per tempi molto lunghi.

La preparazione di tali dispositivi nanomeccanici si basa sull'arte di realizzare pilastri di silicio incontaminati su un chip, come fatto nel gruppo di Fernando Patolsky all'Università di Tel Aviv. Il team di Vienna usa un "martello laser" per mettere fuori uso le singole aste e le intrappola in una pinzetta fatta di luce.

Descrivere le dinamiche che ne derivano è una sfida teorica che è stata risolta dai fisici teorici Benjamin Stickler e Klaus Hornberger dell'Università di Duisburg-Essen. Il movimento della nano-asta rotante è caotico, un comportamento riscontrabile anche nei modelli meteorologici e nel traffico stradale. Questo potrebbe non sembrare promettente per l'applicazione tecnologica, ma è possibile trovare isole di calma nel caos, dove il ticchettio delle nano-lancette dell'orologio diventa ultra stabile.

Il ticchettio di un materiale, piuttosto che elettronico, l'orologio è molto sensibile al suo ambiente. Questo estremamente accurato, la minuscola lancetta di un orologio può essere utilizzata per misurare con precisione le proprietà del mondo su scala nanometrica, per esempio variazioni di pressione su distanze submillimetriche. Il cilindro levitato potrebbe essere spostato attraverso un flusso di gas per misurare la turbolenza, o attraverso un raggio di atomi o di luce per discernerne le proprietà. Un giorno potrebbe anche essere possibile utilizzare questo metodo per testare i limiti della fisica quantistica:"A velocità di rotazione elevate, questo è un sensore ambientale di straordinaria precisione. Alle basse frequenze può aprire una nuova gamma di esperimenti sulla meccanica quantistica della rotazione, "dice Markus Arndt.