Самый быстрый вращающийся объект в мире
Ученые побили мировой рекорд по самому быстрому вращающемуся объекту. Новый объект вращается со скоростью 300 миллиардов оборотов в минуту. Он изготовлен из гантелеобразной наночастицы кремнезема, питаемой лазерами.
Датчики крутящего момента позволили впервые определить гравитационную постоянную и открыть закон Кулона. В последнее десятилетие были предприняты значительные усилия для повышения чувствительности детектирования крутящего момента.
Теперь исследователи из Университета Пердью достигли замечательной чувствительности датчиков крутящего момента при комнатной температуре. Они сделали это, построив самый быстро вращающийся объект в мире.
Объект – не что иное, как наночастица кремнезема в форме гантели, питаемая лазерами. Он вращается со скоростью 300 миллиардов оборотов в минуту, почти в 500 000 раз быстрее, чем сверло дантиста.
Как они это сделали?
Они левитировали наночастицу кремнезема в вакууме с помощью лазерного света, а затем использовали второй лазер с поляризационной пластиной для проверки ее чувствительности к крутящему моменту.
Более конкретно, они оптически захватили наночастицу кремнезема (наносферу) в вакуумной камере с помощью плотно сфокусированного лазера длиной волны 1550 нм. Затем они использовали другой 1020-Нм лазер для приложения внешнего крутящего момента и измерения его чувствительности.
При этом исследователи установили мировой рекорд для самого быстрого вращающегося объекта. Они побили свой предыдущий рекорд (установленный в 2018 году) – 60 миллиардов оборотов в минуту.
Оптически захваченные нанотрубки диаметром 170 нм приводились во вращение за пределами 1 ГГц, что является самой высокой из зарегистрированных на сегодняшний день частотой вращения для наночастиц. Исследователи считают, что более мелкие кремниевые наногантели могут поддерживать частоту вращения выше 10 ГГц.
В дополнение к их замечательным скоростям вращения, эти наночастицы могут измерять крутящий момент на уровнях, в 700 раз более чувствительных, чем у любого другого инструмента.
Что дальше?
Такие высокоскоростные вращения будут использоваться для анализа свойств материалов и вакуумного трения. Например, крутильная вибрация левитированных наночастиц наблюдается в присутствии линейно поляризованного лазера. Это может быть решающим шагом на пути к обнаружению касимерного момента (физических сил, возникающих из квантованного поля) и разработке и управлению наноэлектронными устройствами.
Более того, это будет полезно для создания квантового кавендишского торсионного баланса, который в конечном итоге поможет ученым лучше понять квантовую природу гравитации. Несколько наночастиц можно левитировать вместе для анализа самосборки и неравновесных фаз.
