Нанорезонатор, пойманный в ловушку в сверхвысоком вакууме, обладает исключительно высоким коэффициентом добротности, что открывает перспективы для применения в датчиках силы и макроскопических тестах квантовой механики.
Наномеханические осцилляторы могут быть использованы для создания сверхчувствительных датчиков и тестирования макроскопических квантовых явлений. Ключевым фактором для этих приложений является высокий коэффициент качества (Q) — мера того, сколько циклов колебаний может быть совершено до того, как энергия осциллятора будет рассеяна. До сих пор нанорезонаторы с зажатой мембраной достигали Q около 1010, что было ограничено взаимодействием с окружающей средой. Теперь команда под руководством Трейси Нортап из Университета Инсбрука (Австрия) сообщает о левитирующем осцилляторе — плавающей частице, колеблющейся в ловушке, — конкурирующем с лучшими зажимными осцилляторами [1]. По словам исследователей, эта схема обладает потенциалом для улучшения на порядок.
Теоретики давно предсказывали, что левитирующие осцилляторы, устранив потери, связанные с зажимом, смогут достичь Q, равного 1012. Однако до сих пор лучшие левитирующие схемы, основанные на оптических ловушках из наночастиц, достигали Q только 108. Чтобы еще больше увеличить Q, исследователи из Инсбрука разработали схему, которая смягчает два важных механизма рассеяния. Во-первых, они заменили оптическую ловушку на ловушку Пауля, которая удерживает заряженную частицу с помощью изменяющихся во времени электрических полей, а не лазеров. Такой подход устраняет диссипацию, связанную с рассеянием света от частицы в ловушке. Во-вторых, частица удерживается в сверхвысоком вакууме, где наночастица сталкивается только с одной молекулой газа за каждый цикл колебаний.
Эксперименты показали, что Q этой схемы составляет 1,8 × 1010, а анализ механизмов остаточной диссипации позволил выявить изменения, которые могут привести к десятикратному улучшению. Она предполагает использовать осциллятор для сверхчувствительного обнаружения квантовых эффектов на все более крупных объектах. Такие измерения могли бы проверить интерпретации квантовой механики, известные как модели коллапса, которые стремятся объяснить, как макроскопический, классический мир возникает из микроскопического мира через коллапс квантовых суперпозиций.
Нет комментариев