une, Une nanoparticule de silice (NP) est mise en lévitation sous vide avec une puissance de 500 mW, 1, Laser 550 nm étroitement focalisé par un objectif (OBJ) avec une ouverture numérique de 0,85. 1 supplémentaire Un laser 020 nm est utilisé pour appliquer un couple externe sur la nanoparticule. La polarisation de chaque laser est contrôlée avec une lame quart d'onde (λ/4). Après la lentille de collimation, le laser de piégeage est dirigé vers des détecteurs pour surveiller le mouvement de la nanoparticule piégée. DM, miroir dichroïque; /2, plaque demi-onde; PBS, diviseur de faisceau polarisant; et DET, photodétecteur équilibré. En médaillon :images au microscope électronique à balayage d'une nanosphère de silice (à gauche) et d'un nanohaltère de silice (à droite). La barre d'échelle est de 200 nm pour les deux images. b, Un PSD mesuré de la rotation d'une nanoparticule en lévitation optique à 10 -4 torre. La fréquence du pic PSD est le double de la fréquence de rotation de la nanoparticule. c, Un spectrogramme (trace temporelle) de la rotation PSD d'une nanoparticule en lévitation optique enregistrée pendant 100 s. La première ligne verticale correspond à la PSD indiquée en b. a.u., unités arbitraires. Crédit: Nature Nanotechnologie (2020). DOI :10.1038/s41565-019-0605-9
Une équipe de physiciens de l'Université Purdue a construit l'appareil de mesure de couple le plus sensible jamais conçu. Dans leur article publié dans la revue Nature Nanotechnologie , l'équipe décrit son nouvel appareil et explique comment il pourrait être utilisé.
Le couple est une force de torsion qui entraîne souvent une rotation. Les appareils conçus pour mesurer le couple dans un système prennent de nombreuses formes et existent en plusieurs tailles. Dans les années récentes, les scientifiques ont travaillé sur des moyens de réduire la taille des capteurs de couple dans le but de mesurer de très petites quantités de couple. De minuscules dispositifs utilisant la nanofabrication et le refroidissement cryogénique ont été développés pour étudier des éléments tels que l'effet Casimir et le magnétisme à petite échelle. Avant ce nouvel effort, le capteur de couple le plus sensible avait atteint une sensibilité de 2,9 × 10 −24 N m Hz −1/2 à des températures millikelvin. L'équipe de Purdue s'est fixé pour objectif de battre ce record.
Le nouveau dispositif consistait en une nanoparticule de silice suspendue à l'intérieur d'une chambre à vide par une puissance de 500 mW, 1, Faisceau laser de 550 nm. L'équipe a appliqué un couple à la nanoparticule en tirant une pulsation, polarisé circulairement 1, Faisceau laser de 020 nm pendant 100 secondes à la fois. Les chercheurs ont utilisé une lame quart d'onde pour contrôler la polarisation. Les ondes tournantes dans le faisceau de l'électroaimant ont conféré une action de torsion à la nanoparticule, le faisant tourner à 300 milliards de tr/min, le rotor artificiel le plus rapide jamais construit. L'équipe a pu mesurer la quantité de couple dans l'appareil en mesurant à quel point la vitesse de rotation de la particule a changé pendant les cycles d'activation et de désactivation à l'aide d'un capteur optique. Les chercheurs soulignent que leur système, contrairement à d'autres en cours de développement, n'a pas nécessité de nanofabrication complexe.
À l'aide de l'appareil, les chercheurs ont pu mesurer le couple à un quadrillionième de newton-mètre, ce qui le rend environ 700 fois plus sensible que le précédent détenteur du record. Ils affirment que leur appareil sera le premier à mesurer la friction du vide, dans laquelle la mécanique quantique suggère qu'un objet tournant dans le vide subit une traînée due aux champs électromagnétiques qui apparaissent et disparaissent constamment. L'équipe affirme également que le dispositif pourrait être utilisé pour la recherche sur le magnétisme à l'échelle nanométrique et pour l'étude de la phase géométrique quantique.
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