Рекордный нанопartikel из силикада вращается на 300 млрд об/мин, открывая новую физику

Ученые побили мировой рекорд по самому быстро вращающемуся объекту

Новый объект вращается на 300 миллиардов оборотов в минуту. Он сделан из гантелевидного нанопartikelа из силикада, приводящегося лазерами.

Датчики крутящего момента позволили первое определение гравитационной постоянной и открытие закона Кулона. В последнее десятилетие значительные усилия были сделаны для повышения чувствительности детекции крутящего момента.

Теперь исследователи Университета Порду достигли замечательной чувствительности датчиков крутящего момента при комнатной температуре. Они сделали это, построив самый быстро вращающийся объект в мире.

Объект — не что иное, как гантелевидный нанопartikel из силикада, приводящийся лазерами. Он вращается на 300 миллиардов оборотов в минуту, почти в 500 000 раз быстрее, чем стоматологическая бормашина.

Как они это сделали?

Они левитировали нанопartikel из силикада в вакууме с помощью лазерного света, а затем использовали второй лазер с поляризационной пластиной для проверки его чувствительности к крутящему моменту.

Более конкретно, они оптически захватили нанопartikel из силикада (наносферу) в вакуумной камере с помощью тесно сфокусированного 1550-нм лазера. Затем они использовали другой 1020-нм лазер для приложения внешнего крутящего момента и измерения его чувствительности.

Источник: Nature Nanotechnology | DOI:10.1038/s41565-019-0605-9 | Purdue University

Пока они это делали, исследователи установили мировой рекорд для самого быстро вращающегося объекта. Они побили свой предыдущий рекорд (установленный в 2018 году) в 60 миллиардов оборотов в минуту.

Оптически захваченные 170-нм наногантели были разогнаны вращению выше 1 ГГц, самая высокая сообщаемая частота вращения для нанопartikelа на сегодняшний день. Исследователи оценивают, что более мелкие наногантели из силикада могут выдерживать вращательную частоту выше 10 ГГц.

Источник: исследователи

Помимо замечательных вращательных скоростей, эти нанопartikelы могут измерять крутящий момент на уровнях до 700 раз более чувствительных, чем любой прибор раньше.

Что дальше?

Такие высокоскоростные вращения будут использоваться для анализа свойств материалов и вакуумного трения. Например, крутильная вибрация левитирующих нанопartikelов наблюдается в присутствии линейно поляризованного лазера. Это может быть решающим шагом к обнаружению крутящего момента Казимира (физических сил, возникающих от квантованного поля) и разработке и контролю наноэлектронных устройств.

Кроме того, это будет полезно для создания квантового крутильного баланса Кавендиша, который в конечном счете поможет ученым лучше понять квантовую природу гравитации. Множественные нанопartikelы могут левитировать вместе для анализа самоорганизации и неравновесных фаз.