A tudósok lézerrel hűtik le a film kis területét abszolút nullára a rendkívül érzékeny érzékelők esetében

A közelmúltban a Bázeli Egyetem kutatói bejelentették egy új módszer sikeres kifejlesztését, amellyel a filmek kis területeit az abszolút nullához nagyon közeli hőmérsékletre (mínusz 273,15 Celsius-fok) lehet lehűteni, pusztán lézer segítségével. Ez a nagyon hűtött fólia a jelentés szerint a jövőben rendkívül érzékeny érzékelőkhöz használható.
Johannes Kepler német csillagász 400 évvel ezelőtt állt elő egy napvitorla ötletével, amely egy olyan űreszköz, amely a napfény könnyű nyomását használja fel a kozmikus navigációra, és segítségével a hajók áthaladhatnak az űrben. Úgy vélte, hogy amikor egy tárgy visszaveri a fényt, akkor erő hat. Ezt az elméletet arra is felhasználta, hogy megmagyarázza, miért mutat az üstökösök farka a naptól távolabb.
A csapatot Dr. Philipp Treutlein és Dr. Patrick Potts vezette. Eredményeiket nemrég tették közzé a Physical Review X tudományos folyóiratban.
Nincs mérési visszajelzés
Ma az atomokat és más részecskéket a fény erejével lelassítják és lehűtik. Ehhez általában kifinomult műszerre van szükség. A fent említett csapat megközelítésének különlegessége, hogy ezt a hűsítő hatást mérés nélkül érik el.
A kvantummechanika törvényei szerint a visszacsatoló hurkok gyakran olyan mérési eljárásokat igényelnek, amelyek a kvantumállapotok megváltozásához vezethetnek, és ezáltal zavarokat okozhatnak. Ennek megakadályozására a Bázeli Egyetem kutatói létrehoztak egy "koherens visszacsatoló huroknak" nevezett rendszert, amelyben a lézer érzékelőként és csillapítóként is működik.
Ezt egy körülbelül fél milliméteres szilícium-nitrát film hőrezgéseinek elnyomásával és hűtésével érték el. A kutatók kísérleteik során a lézersugarat a filmre irányították, és a filmről visszaverődő fényt egy optikai kábelbe táplálták. E művelet során a membrán rezgése kis változásokat idézett elő a visszavert fény oszcillációs fázisában.
Az oszcillációs fázisban lévő membrán azonnali mozgásállapotára vonatkozó információkat ezt követően időkésleltetéssel felhasználtuk arra, hogy ugyanazzal a lézerrel a membránra a megfelelő pillanatban megfelelő erőt fejtsünk ki. A kutatók egy 30- méter hosszú száloptikai kábelt használtak az optimális, körülbelül 100 nanoszekundumos késleltetés eléréséhez.
Közeledik az abszolút nullához
A svájci Bázeli Egyetem posztdoktori kutatója és munkatársai 480 mikroKelvinre hűtötték le a membránt, vagyis kevesebb mint egy ezredfokkal az abszolút nulla fölé.
A következő szakaszban finomítják a kísérletet, hogy a membránt oszcilláló kvantummechanikai alapállapotba hozzák – az elérhető legalacsonyabb hőmérsékletre. Elképzelhetőnek kell lennie a membrán úgynevezett préselt állapotainak létrehozása.
Az ilyen állapotok különösen érdekesek az érzékelőszerkezetek számára, mivel képesek javítani a mérési pontosságot. A jövőben az atomerő-mikroszkópia a felületek nanométeres felbontású letapogatására az ilyen érzékelők lehetséges alkalmazási területe lesz.