Den mest følsomme drejningsmomentmåler, der nogensinde er bygget

Et team af fysikere ved Purdue University har bygget den mest følsomme drejningsmomentmåler nogensinde. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Natur nanoteknologi , teamet beskriver deres nye enhed og skitserer, hvordan den kan bruges.

Moment er en vridningskraft, der ofte fører til rotation. Enheder bygget til at måle drejningsmoment i et system har mange former og kommer i mange størrelser. I de seneste år, forskere har arbejdet på måder at reducere drejningsmomentsensorer med det mål at måle meget små mængder drejningsmoment. Små enheder, der bruger nanofabrikation og kryogen køling, er blevet udviklet til at studere ting som Casimir-effekten og magnetisme i lille skala. Forud for denne nye indsats, den mest følsomme momentsensor havde opnået en følsomhed på 2,9 × 10 ⁻²⁴ N m Hz ^−1/2 ved millikelvin temperaturer. Holdet hos Purdue satte sig som mål at slå den rekord.

Den nye enhed bestod af en silica nanopartikel suspenderet inde i et vakuumkammer med en 500 mW, 1, 550 nm laserstråle. Holdet påførte moment til nanopartiklen ved at affyre en pulserende, cirkulært polariseret 1, 020-nm laserstråle på den i 100 sekunder ad gangen. Forskerne brugte en kvart bølgeplade til at kontrollere polarisering. De roterende bølger i elektromagnetstrålen gav nanopartikler en vridende virkning, får den til at dreje med 300 milliarder rpm - den hurtigste menneskeskabte rotor, der nogensinde er bygget. Teamet var i stand til at måle mængden af ​​drejningsmoment i enheden ved at måle, hvor meget partikelens centrifugeringshastighed ændrede sig under tænd- og slukcyklusser ved hjælp af en optisk sensor. Forskerne påpeger, at deres system, i modsætning til andre, der udvikles, krævede ikke indviklet nanofabrikation.

Brug af enheden, forskerne var i stand til at måle drejningsmomentet til en kvadrilliontedel af en newtonmeter - hvilket gør det cirka 700 gange så følsomt som den tidligere rekordholder. De hævder, at deres enhed vil være den første til at måle vakuumfriktion - hvor kvantemekanik tyder på, at et objekt, der spinder i et vakuum, oplever træk på grund af elektromagnetiske felter, der konstant vises og forsvinder. Holdet hævder også, at enheden kunne bruges til magnetismeforskning i nanoskala og til at studere den kvantegeometriske fase.

© 2020 Science X Network