Levitujúce nanodiamanty sa vo vákuu točia 1,2 miliardy otáčok za minútu
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 20. 8. 2024
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Fyzici z Purdueovej univerzity levitovali diamanty v nanorozmeroch, zasiahli ich lasermi a roztočili ich rýchlosťou neuveriteľných 1,2 miliardy otáčok za minútu. Experimenty nie sú len o vytvorení „najmenšej diskotéky na svete“, ale môžu pomôcť pri štúdiu kvantovej fyziky.
Drobné diamanty s priemernou šírkou 750 nanometrov sa najskôr vyrábajú pod vysokým tlakom a teplotou. Potom sú ožiarené vysokoenergetickými elektrónmi, aby vytvorili to, čo je známe ako defekt dusíkovej prázdnoty, ktorý možno použiť na uchovávanie kvantových informácií.
Aby nanodiamanty levitovali, tím vytvoril povrchovú iónovú pascu nanesením tenkej vrstvy zlata na zafírový plátok a potom vyleptali zlato do tvaru „omega“ (Ω). Keď sa prúd čerpá cez zlato, vytvára elektromagnetické pole, ktoré môže levitovať nanodiamant umiestnený nad povrchom vo vákuovej komore.
„Môžeme upraviť hnacie napätie, aby sme zmenili smer otáčania,“ povedal Kunhong Shen, autor štúdie. „Levitujúci diamant sa môže otáčať okolo osi z, ktorá je kolmá na povrch iónovej pasce, znázornenej na schéme, buď v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek, v závislosti od nášho hnacieho signálu. Ak neaplikujeme riadiaci signál, diamant sa bude točiť všesmerovo ako klbko priadze.“
Tým sa podarilo roztočiť nanodiamanty rýchlosťou až 1,2 miliardy otáčok za minútu. Aj keď je to dosť pôsobivé, nie je to ani zďaleka najrýchlejšie sa otáčajúci objekt. Ten istý tím v súčasnosti drží tento rekord s nanometrovou „činkou“, ktorá sa otáčala rýchlosťou až 300 miliárd otáčok za minútu.
Štúdia o nanodiamantoch má však praktickejší účel, než len cieľ dosiahnuť svetový rekord. Keď sa rotujúce diamanty rozsvietia zeleným laserom, vyžarujú vlastné červené svetlo, ktoré vedcom umožňuje čítať stavy rotácie elektrónov v ich defektoch. V rovnakom čase bol na diamanty zažiarený infračervený laser. Vzor, ako rozptyľujú toto svetlo, hovorí tímu, ako sa otáčajú. Porovnanie týchto dvoch meraní umožňuje vedcom odvodiť, ako rotácia diamantov ovplyvňuje kvantové informácie obsiahnuté v ich defektoch.
„Predstavte si drobné diamanty plávajúce v prázdnom priestore alebo vo vákuu,“ povedal Tongcang Li, hlavný autor štúdie. „Vo vnútri týchto diamantov sa nachádzajú rotujúce qubity, ktoré môžu vedci použiť na presné merania a skúmanie tajomného vzťahu medzi kvantovou mechanikou a gravitáciou. V minulosti mali experimenty s týmito levitujúcimi diamantmi problém zabrániť ich strate vo vákuu a čítať qubity rotácie. Pri našej práci sme však úspešne levitovali diamant vo vysokom vákuu pomocou špeciálnej iónovej pasce. Prvýkrát sme mohli pozorovať a kontrolovať správanie rotujúcich qubitov vo vnútri levitovaného diamantu vo vysokom vákuu.“
Hlavnou otázkou, ktorú tím dúfa, že bude skúmať, je, ako by sa gravitácia dala vysvetliť v kvantových pojmoch, čo zostáva jedným z najpálčivejších problémov vo fyzike. Výskum bol pritom nedávno publikovaný v magazíne Nature Communications.
