Nanotechnologia

Materiałowe nanozegarki

Międzynarodowa grupa naukowców z uniwersytetów w Wiedniu, Duisburg-Essen i Tel Aviv’ie skonstruowała nanomechaniczne wskazówki pokazujące nam czas przy pomocy obracania się malutkich, cienkich walców, których ruch jest inicjowany światłem.

Te krzemowe nanopręciki, krótsze niż jedna tysięczna milimetra, mogą być zatrzymane w rozrzedzonym powietrzu przez skoncentrowaną wiązkę lasera i obracane do podążania jak tykanie zegarka, tracąc tylko jedną milionową sekundy w ciągu czterech dni. Mierniki czasu są nam niezbędne w codziennym życiu. Stabilne zegary zasilają Internet i definiują prędkość z którą wiadomości zostały wysłane i dostarczone.

Jeśli Twój czasomierz jest bardzo precyzyjny, nietrudno jest wyczuć nawet te małe wahnięcia, różnice w działaniu pod względem swojej regularności. Przez mierzenie ruchu obiektów fizycznych, które są utrzymywane w czasie i odniesienie tego do źródła elektronicznego, możemy zaobserwować zaburzenia takie jak na przykład wibracje.

W publikacji czasopisma „Nature Communications” Stefan Kuhn z uniwersytetu w Wiedniu ze współpracownikami skonstruowali niesamowicie stabilną wskazówkę z tworzywa do elektronicznego zegarka której ruch jest upłynniony przez rotacje mikrometrycznych krzemowych cylindrów, które lewitują dzięki światłu. Grupa użyła stopera do wymuszenia uderzenia malutkiego wirnika z pulsami spolaryzowanego światła, powodując obroty milion razy na sekundę. Dzięki temu możemy perfekcyjnie napędzić ruch obiektu fizycznego bez utraty stabilności. Tego nie mogą dokonać inne drobne mechaniczne urządzenia które mają ograniczoną precyzję przez kontakt ze swoim środowiskiem podczas gdy lewitowane nano-pręciki pozostają bardzo stabilne na równie bardzo długi czas.

Przygotowanie takiego nanomechanicznego urządzenia polega na sztuce stworzenia nieskazitelnych krzemowych słupków na układzie scalonym. „Laserowy młoteczek” wybija pojedyncze pręciki i łapie je szczypcami zrobionymi ze światła. Ruch obracających się Nano-pręcików jest chaotyczny co może nie brzmi obiecująco dla zastosowań technologicznych.

Tykanie materiałowego zamiast elektronicznego zegarka jest delikatne dla swojego otoczenia. Ta wybitnie dokładna malutka wskazówka może być użyta do precyzyjnego mierzenia właściwości świata w nanoskali. Lewitujące cylindry mogłyby być poruszane przepływ gazu do mierzenia zaburzeń lub wiązek atomów lub światła do wyróżnienia swoich właściwości. W przyszłości możliwe jest zastosowanie tej metody w fizyce kwantowej. Dla niskich częstotliwości może to otworzyć nowy wachlarz eksperymentów.