Nano ura s plavajočim kazalcem

Raziskovalci povezujejo elektronski časovni signal z nanomehansko komponento

Mednarodna skupina raziskovalcev uporablja drobne palice kot zelo stabilen kazalec ure. Te nano-mehanske predmete levirajo z lasersko svetlobo in jih poganjajo s impulzi krožno polarizirane svetlobe. © James Millen / Univerza na Dunaju
prebral

Vrteči se nano-kazalec: Raziskovalci so konstruirali nanomehansko uro posebne vrste. Povezali so majhen nanorod, ki je plaval v laserski luči z elektronsko uro. Miniaturni kazalec, ki ga poganjajo svetlobni impulzi, tako sledi časovnemu signalu z osupljivo natančnostjo: v štirih dneh se izgubi le milijoninka sekunde, kot poročajo fiziki v reviji Nature Communications.

Natančno in stabilno merjenje časa ni pomembno le za naš delovni dan ali razpored. Prav tako je osnova za številne tehnologije - od sledenja GPS do interneta. Že več kot 50 let so atomske ure služile kot ura. Merijo čas nad vibracijami ultrahladnih atomov. Najnovejše atomske ure, ki temeljijo na atronih stroncija ali itterbija, bi lahko delovale več milijard let, ne da bi se zmotile niti eno sekundo.

Od ure do gibanja

Kakor koli so te meritve časa natančne, nekatere aplikacije zahtevajo, da se ura te ure prenese na mehanske sestavne dele. To lahko uporabite na primer za merjenje zunanjih vplivov, kot so vibracije, pretok plina ali sevalni tlak. Tudi precej nihalo dedkove ure lahko na primer razkrije prisotnost in moč zunanjih vplivov v primerjavi z referenčno uro.

Na mikroskopi lahko takšni kazalci ali nihala služijo kot senzorji. "Za to je potrebno zgraditi nekakšen 'menjalnik', ki je sinhroniziran s časovnikom in oddaja atomsko uro v mehanski sistem ali svetlobno polje, " pojasnjujejo Stefan Kuhn z dunajske univerze in njegovi sodelavci. Tak sistem, v katerem je elektronska ura skupaj z nanorodjem, ki se vrti, je zdaj zasnovan s strani raziskovalcev.

Palice, ki plavajo v laserskem žarku

Raziskovalci so v svojem Nanouhru najprej izdelali najčistejše silikonske palice, dolge manj kot en mikron, s pomočjo sofisticiranih tehnik jedkanja. Takšna palica je bila ujeta v dva laserska žarka, tako da je bila dvignjena v stoječem valu in lebdela v zraku. Z laserskimi impulzi, ki občasno spreminjajo svojo polarizacijo, fiziki to palico nastavljajo v vrtenje. zaslon

Posebnost tega: Laserska ura in s tem tudi vrtilna frekvenca palice sta bila skupaj z elektronsko uro. Tako kot drobna ročna ura se je tudi mini kazalec stabilno vrtel proti utripu ure - s frekvenco več kot milijon krat na sekundo. "To kaže, da je optično zajet silicijev nanorod mogoče povezati z zunanjo uro, " pravijo raziskovalci.

Natančen časovni in občutljiv senzor

Nano-roka te plavajoče ure je bila izjemno natančna: "Naša ura je v štirih dneh izgubila le milijoninko sekunde, " poroča Kuhnov kolega James Millen. "Neverjetno je, da lahko sprejmemo elektronski signal in popolnoma nadziramo gibanje fizičnega predmeta, ne da bi pri tem izgubili stabilnost."

Velika prednost tega konstrukta: v nasprotju z elektronsko uro lahko palica posega v okolico. Natančnost nanomehanske ure se zato lahko uporablja za natančne lokalne meritve - na primer za merjenje sprememb tlaka na zelo kratkih razdaljah z visoko natančnostjo.

"Pri visokih stopnjah vrtenja je to senzor z osupljivo natančnostjo, " pravi soavtor Markus Arndt z dunajske univerze. "Vendar pa bi ta sistem lahko omogočil povsem nov eksperiment kvantne mehanike na vrtečih se objektih." (Nature Communications, 2017; doi: 10.1038 / s41467-017-01902-9)

(Univerza na Dunaju, 22. novembra 2017 - NPO)