Recordbrekende 300 miljard RPM silicananodeeltje draait, nieuwe fysica ontgrendeld

• Wetenschappers breken het wereldrecord voor het snelst draaiende object.
• Het nieuwe object draait met 300 miljard omwentelingen per minuut.
• Het is gemaakt van een hantelvormig silicananodeeltje aangedreven door lasers.

Koppel sensors maakten de eerste bepaling van de zwaartekrachtconstante en de ontdekking van Coulombs wet mogelijk. In het afgelopen decennium zijn significante inspanningen gedaan om de koppelgevoeligheid te verbeteren.

Nu hebben onderzoekers van Purdue University opmerkelijke gevoeligheid in koppelsensoren bij kamertemperatuur bereikt. Ze hebben dit gedaan door het werelds snelst draaiende object te bouwen.

Het object is niets anders dan een hantelvormig silicananodeeltje aangedreven door lasers. Het draait met 300 miljard omwentelingen per minuut, bijna 500.000 keer sneller dan een tandartsboor.

Hoe deden ze dit?

Ze lieten een silicananodeeltje in een vacuüm zweven met laserlicht, en gebruikten vervolgens een tweede laser met een polarisatieplaat om de koppelgevoeligheid te testen.

Specifiek, vingen ze een silicananodeeltje (een nanobol) optisch op in een vacuümkamer met een strak gefocuste 1.550-nm laser. Ze gebruikten vervolgens een andere 1.020-nm laser om een extern koppel toe te passen en de gevoeligheid te meten.

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

Terwijl ze dit deden, stelden onderzoekers een wereldrecord voor het snelst draaiende object. Ze braken hun vorige record (gesteld in 2018) van 60 miljard omwentelingen per minuut.

De optisch gevangen 170-nm diameter nanodumbellen werden gedreven om te roteren boven 1 GHz, de hoogst gerapporteerde rotatiefrequentie voor een nanodeeltje tot nu toe. Onderzoekers schatten dat kleinere silicananodumbellen rotatiefrequenties boven 10 GHz kunnen volhouden.

Credits: onderzoekers

Naast hun opmerkelijke rotatiesnelheden, kunnen deze nanodeeltjes koppel meten op niveaus tot 700 keer gevoeliger dan elk instrument daarvoor.

Wat is de volgende stap?

Zulke hoge rotatiesnelheden zullen gebruikt worden om materiaaleigenschappen en vacuümwrijving te analyseren. Bijvoorbeeld, de torsietrilling van de gezweven nanodeeltjes wordt waargenomen in de aanwezigheid van een lineair gepolariseerde laser. Dit kan een cruciale stap zijn naar het detecteren van de Casimir-koppel (fysieke krachten voortkomend uit een gekwantiseerd veld) en het ontwikkelen en controleren van nano-elektronische apparaten.

Lees: Werelds Snelste Moleculaire Machine | Rotaxaan

Bovendien zal het nuttig zijn voor het creëren van een kwantum-Cavendish-torsiebalans, wat uiteindelijk wetenschappers zal helpen de kwantumaard van zwaartekracht beter te begrijpen. Meerdere nanodeeltjes kunnen samen gezweven worden om de zelfassemblage en niet-evenwichtsfasen te analyseren.