Nanoskala bevægelse sender lys ind i overdrive

AMOLF -forskere har udviklet nanoskala -strenge, hvis bevægelse kan konverteres til lyssignaler med en hidtil uset styrke. Dette kan give mulighed for ekstremt præcise sensorer og kommer med en vigtig bivirkning. "Analog med en guitarforstærker i overdrive, der producerer forvrængede lydbølger, vores stærke bevægelse-til-lys-konvertering fører til forvrængede lyssignaler, "siger gruppeleder Ewold Verhagen." Men disse signaler bærer faktisk information om bevægelsen, der kan føre til nye måder at måle kvantemekanisk bevægelse på. "Forskerne offentliggjorde deres resultater den 7. juli 2017 i Naturkommunikation .

Når en guitarist skruer op for forstærkerens lydstyrke til de højeste forstærkningsniveauer, de 'rene' harmoniske vibrationer i guitarstrengene omdannes til forvrængede lydbølger. Denne 'beskidte' lyd er ofte ønskelig - skrigende af overdrevne guitarforstærkere har defineret lyden af ​​rockmusik i årtier.

Tæt begrænset lys

Gruppen Photonic Forces på AMOLF studerer interaktionen mellem bevægelse og lys ved hjælp af nanoskala siliciumstrenge, der vibrerer som guitarstrenge i millioner af gange i sekundet. Forskerne bruger lys til at måle disse vibrationer med ekstrem præcision. Ph.d. -studerende Rick Leijssen og hans kolleger udviklede strenge med en særlig form for at presse lys mellem strengene i en skala fra titalls nanometer. "Den stramme indespærring får mekanisk bevægelse til at blive konverteret til lyssignaler med en hidtil uset styrke. Dette er et stort skridt fremad for at skabe bevægelsessensorer med ekstrem præcision, "Leijssen siger." Sådanne sensorer kunne detektere strengvibrationer med amplituder så små som størrelsen på en proton og kunne bruges til at måle små kræfter og masser. "

Forvrængede signaler

Den stærke omdannelse af bevægelse til lys i siliciumstrengene har en bivirkning:Konverteringen er så stærk, at selv for de små iboende udsving i strengene, lyset er 'overdriven, 'analog med, hvad der sker i rock guitarforstærkere. Verhagen siger, "Ligner den skrigende lyd fra en overdrevet forstærker, lyssignalerne i vores eksperiment indeholder mange højere harmoniske ('overtoner') af den grundlæggende strengresonans. Dette skyldes, at konverteringen mellem bevægelse og lys ikke længere er lineær. "

Afsløring af kvantemekanisk adfærd

På en måde, denne ikke -lineære konvertering danner en praktisk grænse for bevægelsesfølsomheden. Imidlertid, de forvrængede lyssignaler kunne tages i brug igen. En vigtig grund til, at AMOLF -fysikerne studerer små strengvibrationer, er at afsløre, om genstande som strenge opfører sig i henhold til kvantemekanikkens love. Postdoktorforsker Juha Muhonen siger, "De højere harmoniske af de producerede lyssignaler bærer forskellige former for information om nanostringens bevægelse. F.eks. vi demonstrerede, at de tillader måling af vibrationens energi med en høj nøjagtighed. Dette kan potentielt føre til direkte observationer af kvantiseret energi i strengen, som vi ville forvente af teorien om kvantemekanik. "