Совершен прорыв в области левитирования нанообъектов

Исследователи из Рочестера впервые добились левитирования наноалмазов в вакууме.

Научную группу возглавил Ник Вамивакас из университета Рочестера, который полагает, что его работа сделает возможным создание чрезвычайно чувствительных инструментов для ощущения мизерных сил и вращающих моментов. Также это поспособствует физическому созданию более масштабных квантовых систем — макроскопических состояний Кота Шредингера.

Ранее другие ученые уже сумели уловить другие типы наночастиц в вакууме, однако те не были оптически активными. При этом наноалмазы могут содержать азот-вакантные центры, которые испускают свет, а их спиновое квантовое число равно 1.

В статье, опубликованной в издании Nature Photonics, ученые из Рочестерского института оптики объясняют, что это — первый шаг к созданию «гибридной квантовой системы». Система комбинирует механическое движение наноалмаза с внутренним спином вакансии и его оптическими свойствами, что значительно увеличивает ее потенциал для различных применений.

Левитация в вакууме – научный прорыв

В предыдущей статье исследователи показали, что наноалмазы можно заставить левитировать с помощью улавливающего лазера. Новая статья показывает, что левитацию можно повторить в вакууме, а это уже важнейший прорыв по сравнению с прежними экспериментами с использованием наноалмазов и оптического пинцета, проводимыми в жидкостях или при атмосферном давлении.

Наноалмазы, улавливаемые в условиях атмосферного давления, непрерывно сталкиваются с молекулами воздуха вокруг них. Улавливание наноалмазов в вакууме устраняет эффект молекул воздуха.

«Все это позволяет нам осуществлять над ними механический контроль», сообщил ведущий автор статьи Леви Неукирш, аспирант. „Так они превращаются в маленькие гармонические генераторы. Мы можем измерить положение алмаза в трехмерном пространстве и формируем обратный сигнал на основе положения и скорости наноалмаза, благодаря чему активно заглушаем его движение“.

Неукирш отметил, что этого удалось добиться за счет изменения улавливающего потенциала, с которым стакивается наноалмаз. Потенциал улавливания можно проиллюстрировать, представив себе алмаз, расположенный в основании углубления. Если алмаз перемещается, то сначала движется вверх, а затем вновь скатывается вниз, на прежний уровень. Механизм обратной связи, созданный учеными, изменяет форму оптического потенциала так, что склон крут во время подъема алмаза, но становится все более пологим, когда алмаз скатывается вниз. В итоге все закончилось бы незначительным колебанием у самого основания впадины. Это, по словам ученых, и является долгосрочной целью: заглушить движение алмаза, пока он не окажется в основании впадины. Система в этом случае будет вести себя как квантово-механический генератор.

Чем меньше вакансий (дефектов) – тем выше контроль

В прежних экспериментах алмаз ярко сиял, поскольку содержал сотни вакансий, каждая из которых излучала свет после возбуждения лазером. В недавней работе ученые отобрали алмазы с незначительным числом вакансий, и даже с одной-единственной. С единственным спином в центре вакансии и системой, работающей как квантово-механический генератор, исследователи сумели бы повлиять на состояние спина крошечного дефекта в наноалмазе с помощью механического контроля над наноалмазом в целом.

Чтобы это стало возможным, система должна находиться в вакууме, и даже при наименьших давлениях. Ограничением служит то, что при слишком низком давлении наноалмазы разрушаются. Неукирш полагает, что наноалмазы тают или сублимируют, поскольку при низком давлении вокруг них недостаточно молекул воздуха, чтобы снять излишки тепла, формируемого за счет лазера, используемого для возбуждения системы в качестве части эксперимента.

Неожиданный результат

В сотрудничестве с финскими учеными из университета Abo Akademi исследователи заменили обычные наноалмазы другими наноалмазами, заключенными в кварцевые оболочки, чтобы выяснить, защитят ли они наноалмазы. И хотя проблему это не решило, наноалмазы стали гомогенными и сферическими, что, как полагают ученые, желательно для будущих экспериментов.

Чтобы измерить систему и управлять ей, исследователи использовали два отдельных лазера: один, чтобы уловить наноалмаз, и второй, чтобы воздействовать на центр вакансии. Когда дефект из возбужденного состояния переходит в низкоэнергетическое состояние, он излучает фотон. Данный процесс известен как фотолюминесценция. Она позволяет исследователям понять энергетическую структуру системы, а также контролировать и измерять энергию системы.

Прежде чем ученые смогут добиться охлаждения наноалмазов механически до стандартного состояния, они должны понять, как остановить разрушение наноалмазов при пониженных давлениях. И все же потенциал таких систем весьма велик, уверен Неукирш.

«Мы продемонстрировали способность управлять спином центра вакансий в этих левитируемых наноалмазах», заявил ученый и пояснил, что электроны дефекта должны занимать специфические спиновые состояния, два из которых обычно вырождаются, а это значит в данном случае, что состояния со спиновыми значениями +1 или -1 обладают одинаковой энергией.

Также Неукирш отметил, что левитирование наноалмазов в вакууме могло использоваться для измерения «чрезвычайно малых сил или вращающих моментов». Наноалмазы — это по сути наногенераторы, и любая сила, пусть даже совсем небольшая, немного сместит их. По словам ученого, новый метод позволит обнаруживать эти малые перемещения.

07.09.2015



Про инновации и не только


Нано



Разработана искусственная кожа на основе графенаРазработана искусственная кожа на основе графена

Исследователям из Университета Глазго уда...

Печатные электронные устройства сделают вечнымиПечатные электронные устройства сделают вечными

Группа инженеров из Калифорнийского униве...

Графен поможет выращивать уникальные двумерные полупроводникиГрафен поможет выращивать уникальные двумерные по...

Новый метод производства позволит получать дву

Молекулы Лего помогли ученым усовершенствовать ультразвукМолекулы Лего помогли ученым усовершенствовать ул...

Во всем мире ультразвуковая визуализация приме...

Эффективность не измеряется измерениямиЭффективность не измеряется измерениями

В это сложно поверить, но не вс...

Самосборку нанокристаллов можно увидеть вживуюСамосборку нанокристаллов можно увидеть вживую

Превращение простых коллоидных частиц &md...

Самое маленькое в мире радио вибрирует в унисон с волнойСамое маленькое в мире радио вибрирует в унисон с...

Физики из Калифорнийского университета в&...

Создан очень гибкий и эластичный материал из нанотрубокСоздан очень гибкий и эластичный материал из нано...

Китайские ученые создали инновационный материа...

Покрытие из нанолент защитит самолеты от наледи и молнийПокрытие из нанолент защитит самолеты от наледи и...

Тонкое покрытие, состоящее из нанолент гр...

Теплопроводностью можно управлять с помощью наноструктурТеплопроводностью можно управлять с помощью нанос...

Теплопроводность — знакомое каждому...

Белый графен поможет раскрыть потенциал черного графенаБелый графен поможет раскрыть потенциал черного г...

Изготовление идеального монослоя так назы...

Создана наносубмарина с ультрафиолетовым приводомСоздана наносубмарина с ультрафиолетовым приводом

Наносубмарины хотя и не совсем готов...

Для повышения предела чувствительности спектроскопии ученые смяли наночастицыДля повышения предела чувствительности спектроско...

Увеличив площадь поверхности графен-золотых на...

Казанские ученые представили нанокомпозит исключительно для наружного примененияКазанские ученые представили нанокомпозит исключи...

Публикация исследователей из Казани и&nbs...

Генераторы углеродных нанотрубок давно среди насГенераторы углеродных нанотрубок давно среди нас

Ученые предположили, что, возможно, автомобили...

Доказана возможность использования наноколец в солнечных батареяхДоказана возможность использования наноколец в со...

Когда Рамеш Джасти начал изготавливать крошечн...

Созданы моторчики, которые заводятся от обычного светаСозданы моторчики, которые заводятся от обычного ...

Удивительно, но это факт: чтобы акти...

Совершен прорыв в области левитирования нанообъектовСовершен прорыв в области левитирования нанообъек...

Исследователи из Рочестера впервые добили

Открыт синтез нового наноматериалаОткрыт синтез нового наноматериала

Сотрудники технического университета Луизианы ...

Как наноцентр помогает ученым улучшать мирКак наноцентр помогает ученым улучшать мир

Вот уже год Центр нанотехнологий Рес...

Ученые намерены масштабировать производство диэлектриков для хранения энергииУченые намерены масштабировать производство диэле...

Простые в изготовлении, дешевые, легкие, ...

Покрытые графеном конденсоры увеличивают эффективность электростанцийПокрытые графеном конденсоры увеличивают эффектив...

Большинство электростанций в мире, работа...

Впервые точно измерены взаимодействия атомов и углеродных поверхностейВпервые точно измерены взаимодействия атомов и уг...

Физики из университета Вашингтона провели...

Материалы со сменой фазы подразумевают обширный спектр примененияМатериалы со сменой фазы подразумевают обширный с...

Ученые из Брукхэйвенской национальной лаб...

Новые мономолекулярные диоды в 50 раз лучше прежнихНовые мономолекулярные диоды в 50 раз лучше прежн...

Исследователи под руководством доцента Ла...

Создан эффективный метод передачи сигнала нанокомпонентамСоздан эффективный метод передачи сигнала наноком...

Физики разработали инновационный метод, которы...

Магнит, шприц и маленький моторчик потребуются для получения нановолокон новым способомМагнит, шприц и маленький моторчик потребуются дл...

Исследователи из университета Джорджии ра...

Открыт метод получения графена в промышленных масштабахОткрыт метод получения графена в промышленных мас...

Кажется, один из барьеров к использо...

Наночастицы в потребительских продуктах изменяют микробиом человекаНаночастицы в потребительских продуктах изменяют ...

Подвергание модели человеческого кишечника нан...

Поиск на сайте

Магазин

  
Kingston HyperX 3K 240GB (SH103S3/240G)8290.00 руб.

Знатоки клуба инноваций



ТОП - Новости мира, инновации

Наземные беспилотные роботы: будущее или настоящее?Наземные беспилотные роботы: будущее или настоящее?
Мастерские инноваций открылись в Казани на три дняМастерские инноваций открылись в Казани на три дня
Достаточно ли часа зарядки для нормального веса?Достаточно ли часа зарядки для нормального веса?
Незнание языков – не помеха для успехаНезнание языков – не помеха для успеха
Новости науки в массы следует нести в упрощенном форматеНовости науки в массы следует нести в упрощенном форма
Инвестиции в инновации: инертность преодоленаИнвестиции в инновации: инертность преодолена
В Татарстане на базе КФУ открылся инновационный центр Cisco. На очереди еще одинВ Татарстане на базе КФУ открылся инновационный центр
«Загадочный для многих медийщиков ресурс» снова в строю«Загадочный для многих медийщиков ресурс» снова в стро
Британский ученый выяснил, кому реже одобряют кредитБританский ученый выяснил, кому реже одобряют кредит
Спасти Тасманского ДьяволаСпасти Тасманского Дьявола
Исследована галактика с активным формирование звездИсследована галактика с активным формирование звезд
Щепотка калия позволит лучше сохранять водородЩепотка калия позволит лучше сохранять водород
Классическая музыка полезна для новорожденныхКлассическая музыка полезна для новорожденных
Шизофреники непредсказуемы и способны на убийствоШизофреники непредсказуемы и способны на убийство
Солнечная угроза наталкивает на мысли о переселении на МарсСолнечная угроза наталкивает на мысли о переселении на

Новости компаний, релизы

Как выбрать и где купить люстру с дистанционным управлениемКак выбрать и где купить люстру с дистанционным управл
Хакеры используют решение Трампа по ракетному удару в СирииХакеры используют решение Трампа по ракетному удару в
Сталь консервным ножом не вскрытьСталь консервным ножом не вскрыть
Найти за 30 минутНайти за 30 минут
Наиболее привлекательные инвестиции в 2017 годуНаиболее привлекательные инвестиции в 2017 году