un, Una nanoparticella di silice (NP) viene fatta levitare nel vuoto con una potenza di 500 mW, 1, Laser da 550 nm strettamente messo a fuoco da una lente dell'obiettivo (OBJ) con un'apertura numerica di 0,85. Un ulteriore 1, Il laser a 020 nm viene utilizzato per applicare una coppia esterna sulla nanoparticella. La polarizzazione di ciascun laser è controllata con un quarto di lamina d'onda (λ/4). Dopo la lente di collimazione, il laser di intrappolamento è diretto a rilevatori per monitorare il movimento della nanoparticella intrappolata. DM, specchio dicroico; /2, mezza piastra d'onda; PBS, divisore di fascio polarizzante; e DET, fotorilevatore bilanciato. Riquadro:immagini al microscopio elettronico a scansione di una nanosfera di silice (a sinistra) e di un nanomanubrio di silice (a destra). La barra della scala è di 200 nm per entrambe le immagini. B, Un PSD misurato della rotazione di una nanoparticella otticamente levitata a 10 −4 torr. La frequenza del picco PSD è il doppio della frequenza di rotazione della nanoparticella. C, Uno spettrogramma (traccia temporale) della rotazione PSD di una nanoparticella otticamente levitata registrata per 100 s. La prima linea verticale corrisponde al PSD mostrato in b. a.u., unità arbitrarie. Credito: Nanotecnologia della natura (2020). DOI:10.1038/s41565-019-0605-9
Un team di fisici della Purdue University ha realizzato il dispositivo di misurazione della coppia più sensibile di sempre. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Nanotecnologia della natura , il team descrive il nuovo dispositivo e delinea come potrebbe essere utilizzato.
La coppia è una forza di torsione che spesso porta alla rotazione. I dispositivi costruiti per misurare la coppia in un sistema assumono molte forme e sono disponibili in molte dimensioni. Negli ultimi anni, gli scienziati hanno lavorato su modi per ridimensionare i sensori di coppia con l'obiettivo di misurare quantità molto piccole di coppia. Sono stati sviluppati piccoli dispositivi che utilizzano la nanofabbricazione e il raffreddamento criogenico per studiare cose come l'effetto Casimir e il magnetismo su piccola scala. Prima di questo nuovo sforzo, il sensore di coppia più sensibile aveva raggiunto una sensibilità di 2,9 × 10 −24 N m Hz −1/2 a temperature millikelvin. Il team di Purdue si è prefissato l'obiettivo di battere quel record.
Il nuovo dispositivo consisteva in una nanoparticella di silice sospesa all'interno di una camera a vuoto da 500 mW, 1, Raggio laser da 550 nm. Il team ha applicato una coppia alla nanoparticella sparando un pulsante, polarizzato circolarmente 1, Raggio laser da 020 nm per 100 secondi alla volta. I ricercatori hanno utilizzato un quarto di lamina d'onda per controllare la polarizzazione. Le onde rotanti nel raggio dell'elettromagnete impartivano un'azione di torsione alla nanoparticella, facendolo girare a 300 miliardi di giri al minuto, il rotore artificiale più veloce mai costruito. Il team è stato in grado di misurare la quantità di coppia nel dispositivo misurando quanto è cambiata la velocità di rotazione della particella durante i cicli di accensione e spegnimento utilizzando un sensore ottico. I ricercatori sottolineano che il loro sistema, a differenza di altri in via di sviluppo, non ha richiesto intricate nanofabbricazioni.
Utilizzando il dispositivo, i ricercatori sono stati in grado di misurare la coppia fino a un quadrilionesimo di newton-metro, rendendolo circa 700 volte più sensibile del precedente detentore del record. Sostengono che il loro dispositivo sarà il primo a misurare l'attrito nel vuoto, in cui la meccanica quantistica suggerisce che un oggetto che ruota nel vuoto sperimenta il trascinamento dovuto ai campi elettromagnetici che appaiono e scompaiono costantemente. Il team afferma inoltre che il dispositivo potrebbe essere utilizzato per la ricerca sul magnetismo su nanoscala e per studiare la fase geometrica quantistica.
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