Znanstveniki z laserjem ohladijo majhno površino filma na absolutno ničlo za zelo občutljive senzorje

Pred kratkim so raziskovalci na Univerzi v Baslu objavili uspešen razvoj nove metode, ki lahko ohladi majhne površine filma na temperature zelo blizu absolutne ničle (minus 273,15 stopinj Celzija) samo z uporabo laserja. Ta visoko hlajeni film se bo po poročilu morda v prihodnosti uporabljal za izjemno občutljive senzorje.
Nemški astronom Johannes Kepler je pred 400 leti prišel na idejo o sončnem jadru, ki je vesoljsko plovilo, ki uporablja svetlobni pritisk sončne svetlobe za kozmično navigacijo in se lahko uporablja za omogočanje ladjam navigacije skozi vesolje. Verjel je, da ko se svetloba odbija od predmeta, se izvaja sila. To teorijo je uporabil tudi za razlago, zakaj so repi kometov usmerjeni stran od sonca.
Ekipo sta vodila dr. Philipp Treutlein in dr. Patrick Potts. Njihove ugotovitve so bile nedavno objavljene v znanstveni reviji Physical Review X.
Brez povratne informacije o merjenju
Danes se atomi in drugi delci upočasnjujejo in ohlajajo z močjo svetlobe. Za ta namen je običajno potreben sofisticiran instrument. Posebnost pristopa zgoraj omenjene ekipe je, da ta učinek hlajenja dosežejo brez kakršnih koli meritev.
V skladu z zakoni kvantne mehanike povratne zanke pogosto zahtevajo merilne procese, ki lahko privedejo do sprememb kvantnih stanj in s tem povzročijo motnje. Da bi to preprečili, so raziskovalci na Univerzi v Baslu ustvarili sistem, imenovan "koherentna povratna zanka", v kateri laser deluje kot senzor in blažilnik.
To so dosegli tako, da so dušili in ohlajali toplotne vibracije približno pol milimetra velikega filma silicijevega nitrata. V svojih poskusih so raziskovalci laserski žarek usmerili na film in svetlobo, ki se je odbila od filma, napajali v optični kabel. Med tem postopkom je vibracija membrane povzročila majhne spremembe v fazi nihanja odbite svetlobe.
Informacije o takojšnjem stanju gibanja membrane, vsebovane v fazi nihanja, so bile nato s časovnim zamikom uporabljene za uporabo prave količine sile na membrano v pravem trenutku z uporabo istega laserja. Raziskovalci so uporabili 30- metrov dolg optični kabel, da so dosegli optimalno zakasnitev približno 100 nanosekund.
Približuje se absolutni ničli
Podoktorski raziskovalec in njegovi kolegi na Univerzi v Baslu v Švici so membrano ohladili na 480 mikrokelvinov ali manj kot eno tisočinko stopinje nad absolutno ničlo.
V naslednji fazi bodo izpopolnili poskus, da bodo membrano pripeljali do njenega oscilirajočega kvantno mehanskega osnovnega stanja – najnižje dosegljive temperature. Ustvarjanje tako imenovanih stisnjenih stanj membrane naj bi bilo mogoče zamisliti.
Takšna stanja so še posebej zanimiva za senzorske strukture zaradi njihove zmožnosti izboljšanja natančnosti merjenja. V prihodnosti bo mikroskopija na atomsko silo za skeniranje površin pri nanometrski ločljivosti potencialna aplikacija za takšne senzorje.