Nano-uret har stabile visere

Et internationalt hold fra universiteterne i Wien, Duisburg-Essen og Tel Aviv har skabt en nanomekanisk viser til at vise tiden for et elektronisk ur, ved at dreje en lille cylinder ved hjælp af lys. En silicium nanorod, mindre end en tusindedel af en millimeter lang, kan fanges i tynd luft ved hjælp af fokuserede laserstråler, og snurrede for at følge et urs tikkende, taber kun en milliontedel af et sekund over fire dage. Dette værk vil blive offentliggjort i Naturkommunikation .

Meget almindelige ure er essentielle i vores hverdag. De sætter os i stand til at navigere, fra de marine kronometre, der bruges til at bestemme længdegraden, til GPS. Stabile ure driver internettet, definere den hastighed, hvormed information kan sendes og modtages.

Hvis dit ur er meget præcist, det er nemt at opdage selv små ændringer i dens regelmæssighed. Ved at måle bevægelsen af ​​et fysisk objekt, som holder tiden, såsom pendulet på et bedstefars ur, og sammenligne det med en elektronisk reference, så kan vi opdage forstyrrelser, såsom vibrationer af kabinettet.

I forskning offentliggjort i Naturkommunikation , Stefan Kuhn ved universitetet i Wien og kolleger har skabt en fantastisk stabil, materialeviser til et elektronisk ur, realiseret ved rotationerne af en mikrometerstørrelse siliciumcylinder, som svæves af lys. Holdet bruger uret til at sparke den lille rotor med pulser af polariseret lys, får den til at dreje en million gange i sekundet. "Det er fantastisk, at vi kan tage et elektronisk signal, og bruge den til perfekt at drive bevægelsen af ​​et fysisk objekt, uden tab af stabilitet. Vores ur tabte kun en milliontedel af et sekund over fire dage, " siger medforfatter James Millen. Andre sådanne bittesmå mekaniske enheder er begrænset i præcision gennem kontakt med deres omgivelser, men når den svæver, forbliver nano-rotoren ekstremt stabil i meget lang tid.

Forberedelse af sådanne nanomekaniske enheder er afhængig af kunsten at lave uberørte siliciumsøjler på en chip, som gjort i gruppen af ​​Fernando Patolsky ved Tel Aviv Universitet. Wien-holdet bruger en "laserhammer" til at slå individuelle stænger ud og fanger dem i en pincet lavet af lys.

At beskrive den efterfølgende dynamik er en teoretisk udfordring, som er blevet løst af de teoretiske fysikere Benjamin Stickler og Klaus Hornberger ved universitetet i Duisburg-Essen. Bevægelsen af ​​den roterende nanostang er kaotisk, en adfærd, der også findes i vejrmønstre og vejtrafik. Dette lyder måske ikke lovende for teknologisk anvendelse, men det er muligt at finde øer af ro i kaosset, hvor urets tikkende nano-visere bliver ultrastabile.

Tikken af ​​et materiale, snarere end elektronisk, uret er meget følsomt over for sit miljø. Denne meget nøjagtige, Den lille hånd på et ur kan bruges til præcist at måle egenskaber af verden på nanoskala, for eksempel trykvariationer over sub-millimeter afstande. Den svævende cylinder kunne bevæges gennem en gasstrøm for at måle turbulens, eller gennem en stråle af atomer eller lys for at skelne dens egenskaber. Det kan en dag endda være muligt at bruge denne metode til at teste kvantefysikkens grænser:"Ved høje rotationshastigheder, dette er en miljøsensor med forbløffende præcision. Ved lave frekvenser kan den åbne en ny række eksperimenter om rotations kvantemekanik, siger Markus Arndt.