Een team van natuurkundigen van de Purdue University heeft het meest gevoelige koppelmeetapparaat ooit gebouwd. In hun artikel gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie , het team beschrijft hun nieuwe apparaat en schetst hoe het kan worden gebruikt.

Koppel is een draaiende kracht die vaak tot rotatie leidt. Apparaten die zijn gebouwd om het koppel in een systeem te meten, hebben vele vormen en zijn er in vele maten. In recente jaren, wetenschappers hebben gewerkt aan manieren om koppelsensoren te verkleinen met als doel zeer kleine hoeveelheden koppel te meten. Er zijn minuscule apparaatjes ontwikkeld die gebruikmaken van nanofabricage en cryogene koeling om zaken als het Casimir-effect en kleinschalig magnetisme te bestuderen. Voorafgaand aan deze nieuwe poging, de meest gevoelige koppelsensor had een gevoeligheid van 2,9 × 10 . bereikt ⁻²⁴ N m Hz ^−1/2 bij millikelvin-temperaturen. Het team van Purdue stelde zich ten doel dat record te verbreken.

Het nieuwe apparaat bestond uit een silica-nanodeeltje dat in een vacuümkamer was opgehangen door een 500 mW, 1, 550 nm laserstraal. Het team paste koppel toe op het nanodeeltje door een pulserende, circulair gepolariseerd 1, 020-nm laserstraal erop gedurende 100 seconden per keer. De onderzoekers gebruikten een kwartgolfplaat om de polarisatie te controleren. De roterende golven in de elektromagneetstraal zorgden voor een draaiende werking op het nanodeeltje, waardoor het draait met 300 miljard tpm - de snelste door mensen gemaakte rotor ooit gebouwd. Het team was in staat om de hoeveelheid koppel in het apparaat te meten door te meten hoeveel de spinsnelheid van het deeltje veranderde tijdens de aan- en uitcycli met behulp van een optische sensor. De onderzoekers wijzen erop dat hun systeem, in tegenstelling tot andere die worden ontwikkeld, vereist geen ingewikkelde nanofabricage.

Met behulp van het apparaat, de onderzoekers konden het koppel meten tot een quadriljoenste van een newtonmeter, waardoor het ongeveer 700 keer zo gevoelig was als de vorige recordhouder. Ze beweren dat hun apparaat het eerste zal zijn dat vacuümwrijving meet - waarbij de kwantummechanica suggereert dat een object dat in een vacuüm ronddraait, weerstand ondervindt als gevolg van elektromagnetische velden die voortdurend verschijnen en verdwijnen. Het team beweert ook dat het apparaat kan worden gebruikt voor onderzoek naar magnetisme op nanoschaal en voor het bestuderen van de kwantumgeometrische fase.

© 2020 Wetenschap X Netwerk