Das am schnellsten rotierende Objekt der Welt dreht sich mit 300 Milliarden U/min

• Wissenschaftler brechen den Weltrekord für das sich am schnellsten drehende Objekt.
• Das neue Objekt dreht sich mit 300 Milliarden Umdrehungen pro Minute.
• Es besteht aus einem hantelförmigen Siliziumdioxid-Nanopartikel, das von Lasern angetrieben wird.

Drehmomentsensoren ermöglichten die erste Bestimmung der Gravitationskonstante und die Entdeckung des Coulomb-Gesetzes. In den letzten zehn Jahren wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um die Empfindlichkeit der Drehmomenterkennung zu verbessern.

Jetzt haben Forscher der Purdue University eine bemerkenswerte Empfindlichkeit von Drehmomentsensoren bei Raumtemperatur erreicht. Sie haben dies erreicht, indem sie das am schnellsten rotierende Objekt der Welt gebaut haben.

Das Objekt ist nichts anderes als ein hantelförmiges Siliziumdioxid-Nanopartikel, das von Lasern angetrieben wird. Er dreht sich mit 300 Milliarden Umdrehungen pro Minute, fast 500.000 Mal schneller als ein Zahnarztbohrer.

Wie haben sie das gemacht?

Sie ließen ein Siliziumdioxid-Nanopartikel mit Laserlicht im Vakuum schweben und verwendeten dann einen zweiten Laser mit einer Polarisationsplatte, um seine Drehmomentempfindlichkeit zu testen.

Genauer gesagt fingen sie mit einem eng fokussierten 1.550-nm-Laser ein Siliziumdioxid-Nanopartikel (eine Nanokugel) in einer Vakuumkammer optisch ein. Anschließend verwendeten sie einen weiteren 1.020-nm-Laser, um ein externes Drehmoment aufzubringen und seine Empfindlichkeit zu messen.

Referenz:Natur Nanotechnologie | DOI:10.1038/s41565-019-0605-9 | Purdue University

Dabei stellten die Forscher einen Weltrekord für das sich am schnellsten drehende Objekt auf. Sie haben ihren vorherigen Rekord (aufgestellt aus dem Jahr 2018) von 60 Milliarden Umdrehungen pro Minute gebrochen.

Die optisch gefangenen Nanohanteln mit einem Durchmesser von 170 nm wurden angetrieben, um über 1 GHz hinaus zu rotieren, die bisher höchste für ein Nanopartikel gemeldete Rotationsfrequenz. Forscher schätzen, dass kleinere Silica-Nanohanteln eine Rotationsfrequenz von über 10 GHz aufrechterhalten können.

Mit freundlicher Genehmigung der Forscher

Zusätzlich zu ihren bemerkenswerten Rotationsgeschwindigkeiten können diese Nanopartikel Drehmomente bis zu 700-mal empfindlicher messen als jedes andere Instrument zuvor.

Wie geht es weiter?

Solche Hochgeschwindigkeitsrotationen werden verwendet, um Materialeigenschaften und Vakuumreibung zu analysieren. Beispielsweise wird die Torsionsschwingung der schwebenden Nanopartikel in Gegenwart eines linear polarisierten Lasers beobachtet. Dies könnte ein entscheidender Schritt sein, um das Casimer-Drehmoment (physikalische Kräfte, die aus einem quantisierten Feld entstehen) zu erkennen und nanoelektronische Geräte zu entwickeln und zu steuern.

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Darüber hinaus wird es nützlich sein, um ein Quanten-Cavendish-Torsionsgleichgewicht zu erstellen, das den Wissenschaftlern schließlich helfen wird, die Quantennatur der Schwerkraft besser zu verstehen. Mehrere Nanopartikel können zusammen schweben, um die Selbstorganisations- und Nichtgleichgewichtsphasen zu analysieren.