Crean el reloj nanomecánico más preciso con cilindros de silicio

James Millen / University of Vienna

Físicos lograron que los nanocilindros de silicio levitante giraran a una frecuencia constante sin pérdida de estabilidad del movimiento. El sistema propuesto es el reloj nanomecánico más preciso y puede usarse como un sensor de gas o para el estudio de la mecánica cuántica del movimiento rotacional. Así lo escriben los científicos en la revista Nature Communications.

Un equipo de físicos de Austria, Alemania e Israel, dirigido por Stefan Kuhn de la Universidad de Viena, propuso la creación de un sistema oscilatorio ultraestable que se puede utilizar para medir el tiempo a partir de nanopartículas de silicio rotativas. Para ello, los científicos crearon en el vacío un macizo de nanocilindros de silicio levitante con una longitud de 725 nanómetros y 130 nanómetros de diámetro, utilizando trampas láser con una longitud de onda de 1550 nanómetros. Si en dicho sistema se alterna periódicamente la polarización de la luz, mediante la cual se retienen las nanopartículas, se las puede obligar a girar continuamente a una determinada frecuencia. Resultó que la velocidad de rotación de los nanocilindros está sincronizada con la frecuencia de los pulsos láser.

De este modo, los físicos obligaron a las partículas a rotar a una frecuencia de aproximadamente un megahertz. Debido a la sincronización de la frecuencia de la rotación de las nanopartículas y la fuente de excitación externa, la estabilidad del período de oscilación de estos relojes tales alcanzó 10−12, que significa la acumulación de errores en un segundo durante unos 11 mil años.

Los físicos pudieron explicar la mayor estabilidad considerando el modelo teórico que une la orientación del nanocilindro con la polarización de la radiación. Resultó que los modos estables de rotación en tales sistemas de verdad existen en una amplia gama de parámetros. Los científicos lograron confirmar esto confirmado alterando la frecuencia de oscilaciones de dichos relojes nanomecánicos de aproximadamente 0,5 a 1,5 megahercios sin pérdida de estabilidad. Debido a que la estabilidad del movimiento de tales nanorelojes mecánicos está completamente determinada por la estabilidad de las oscilaciones, en el futuro se puede aumentar aún más.

 

A la izquierda hay un gráfico de la relación de la potencia de la señal con la frecuencia de las oscilaciones. A la derecha está el desplazamiento de fase de las oscilaciones con un aumento de la presión externa de 4 a 10 milibares./Stefan Kuhn y otros / Nature Communications, 2017

Además, la rotación de las nanoflechas resultó ser sensible a las condiciones externas, en particular, a la presión externa. Por lo tanto, un aumento en la presión de 4 a 10 milibares conduce a un desplazamiento de fase de aproximadamente 25 grados.

Los científicos sugieren que en el futuro tales sistemas se pueden usar como elementos de sensores de gas, por ejemplo, para estimar la velocidad y la turbulencia de las corrientes de gas a nanoescala. Otra posible aplicación de los relojes es el estudio de las propiedades cuánticas de los sistemas rotativos, por ejemplo, en la emisión o absorción de fotones.

Alexánder Dubov

Si te gustó esta noticia, entérate de más a través de nuestros canales de Facebook y Twitter.

Suscríbete

Déjanos tu mail para recibir nuestro boletín de noticias

La confirmación ha sido enviada a tu correo.