Znanstvenici koriste laser za hlađenje male površine filma do apsolutne nule za visokoosjetljive senzore

Nedavno su istraživači sa Sveučilišta u Baselu objavili uspješan razvoj nove metode koja može ohladiti male površine filma na temperature vrlo blizu apsolutne nule (minus 273,15 stupnjeva Celzijusa) koristeći samo laser. Ovaj visoko ohlađeni film, prema izvješću, mogao bi se u budućnosti koristiti za iznimno osjetljive senzore.
Njemački astronom Johannes Kepler je prije 400 godina došao na ideju solarnog jedra, a to je svemirska letjelica koja koristi svjetlosni pritisak sunčeve svjetlosti za kozmičku navigaciju i može se koristiti za omogućavanje plovidbe brodova kroz svemir. Vjerovao je da kada se svjetlost reflektira od predmeta, djeluje sila. On je također koristio ovu teoriju da objasni zašto su repovi kometa usmjereni od sunca.
Tim su vodili dr. Philipp Treutlein i dr. Patrick Potts. Njihova otkrića nedavno su objavljena u znanstvenom časopisu Physical Review X.
Nema povratne informacije o mjerenju
Danas se atomi i druge čestice usporavaju i hlade snagom svjetlosti. U tu svrhu obično je potreban sofisticirani instrument. Ono što je posebno u pristupu gore spomenutog tima je da ovaj učinak hlađenja postižu bez ikakvih mjerenja.
Prema zakonima kvantne mehanike, povratne sprege često zahtijevaju mjerne procese koji mogu dovesti do promjena u kvantnim stanjima i time uzrokovati smetnje. Kako bi to spriječili, istraživači sa Sveučilišta u Baselu stvorili su sustav nazvan "koherentna povratna petlja" u kojem laser djeluje i kao senzor i kao prigušivač.
To su postigli potiskivanjem i hlađenjem toplinskih vibracija filma silicijevog nitrata veličine oko pola milimetra. U svojim eksperimentima, istraživači su usmjerili lasersku zraku na film i unijeli svjetlo reflektirano od filma u optički kabel. Tijekom ove operacije, vibracija membrane proizvela je male promjene u fazi oscilacije reflektirane svjetlosti.
Informacija o trenutnom stanju gibanja membrane sadržana u fazi oscilacije zatim je korištena, s vremenskom odgodom, za primjenu prave količine sile na membranu u pravom trenutku pomoću istog lasera. Istraživači su koristili 30-metarski optički kabel kako bi postigli optimalnu odgodu od oko 100 nanosekundi.
Približava se apsolutnoj nuli
Postdoktorski istraživač i njegovi kolege sa Sveučilišta u Baselu u Švicarskoj ohladili su membranu na 480 mikroKelvina, ili manje od jedne tisućinke stupnja iznad apsolutne nule.
U sljedećoj fazi oni će poboljšati eksperiment kako bi doveli membranu u njeno oscilirajuće kvantno mehaničko osnovno stanje - najnižu moguću temperaturu. Stvaranje takozvanih stisnutih stanja membrane trebalo bi biti zamislivo.
Takva stanja su od posebnog interesa za senzorske strukture zbog njihove sposobnosti poboljšanja točnosti mjerenja. U budućnosti će mikroskopija atomske sile za skeniranje površina u nanometarskoj rezoluciji biti potencijalna primjena za takve senzore.