Zwei unabhängige Forschungsteams haben die Durchbrüche der schnellsten mechanischen Rotation der Welt aufgedeckt. Die Experimente bestehen aus Nanopartikeln, die sich milliardenfach pro Sekunde 60 Milliarden Umdrehungen pro Minute umeinander drehen. Dies sind derzeit die schnellsten künstlichen Spinnobjekte in der Geschichte.
Ein Werkzeug zur Untersuchung extremer Bedingungen
Das erste derartige Team wurde geführt von Studie Co-Autor Tongcang Li von der Purdue University in Indiana. Li und seine Kollegen entwickelten ein System mit einem länglichen Nanoobjekt, das von einer 170 Nanometer breiten und 320 Nanometer langen Hantel getragen und auf einer Laserpinzette und einem polarisierten Licht gedreht wird.
Das Experiment ist Teil eines aufstrebenden Feldes namens l Evitierte Optomechanik. Das Thema konzentriert sich auf gründlich isolierte mesoskopische Systeme, die spezielle Werkzeuge zum Testen grundlegender physikalischer Theorien der Physik herstellen und die Grundlage für Sensortechnologien der nächsten Generation bilden können.
"Diese Studie hat viele Anwendungen, einschließlich Materialwissenschaften", sagte in a Aussage Li, der auch Assistenzprofessor für Physik und Astronomie sowie Elektro- und Computertechnik an der Purdue University ist. "Wir können die extremen Bedingungen untersuchen, unter denen verschiedene Materialien überleben können."
Traditionell wurden Geräte wie Li zur Erforschung von Konzepten wie der Gravitationskonstante und der Erddichte verwendet. Li hofft, dass seine fortgeschrittenere Version die Erforschung der Quantenmechanik und der Eigenschaften von Vakuumreibung und Schwerkraft ermöglicht.
"Die Leute sagen, dass es im Vakuum nichts gibt, aber in der Physik wissen wir, dass es nicht wirklich leer ist", sagte Li. "Es gibt viele virtuelle Teilchen, die für kurze Zeit bleiben und dann verschwinden können. Wir wollen herausfindenheraus, was dort wirklich los ist, und deshalb wollen wir das empfindlichste Torsionsgleichgewicht herstellen. "
Ein Werkzeug zur Untersuchung von Materialeigenschaften im Nanobereich
In der Zwischenzeit verwendete das zweite Team unter der Leitung des Studienkoautors Lukas Novotny von der Eidgenössischen Technischen Hochschule ETH in Zürich ein ähnliches Verfahren, bei dem nur die traditionell verwendeten Kompaktpartikel anstelle von Kurzhanteln verwendet wurden. Dieses Modell basierte auf früheren Modellenineffiziente Experimente, bei denen das Nanopartikel in einer evakuierten Kammer gehalten wurde, wodurch die Drehzahl aufgrund des Reibungswiderstands der in der Kammer verbleibenden Luftmoleküle verringert wurde.
Novotnys Team setzte geschickt ein stärkeres Vakuum ein, um diesen zuvor beobachteten Luftwiderstand erfolgreich zu verringern. Zusätzlich fügten sie einen längerwelligen Laserstrahl hinzu, um die Partikelerwärmung zu verringern und so den zuvor beobachteten Austritt von Partikeln unter Hochvakuumbedingungen zu vermeiden.
"Wir stellen fest, dass die stationäre Rotationsfrequenz linear mit der optischen Einfangleistung und umgekehrt mit dem Druck skaliert, was mit theoretischen Überlegungen zur Erhaltung des Drehimpulses übereinstimmt. Durch eine schnelle Änderung der Polarisation des Einfanglichts können wir den Druck extrahieren.abhängige Reaktionszeit des Rotationsfreiheitsgrades des Partikels, " Zustände das Papier.
Diese letztere Technik ist besonders nützlich bei der Untersuchung von Materialeigenschaften im Nanobereich. Beide Artikel wurden in der Zeitschrift veröffentlicht. Physical Review Letters .
Via : Purdue University