據(jù)外媒報道，普渡大學的一個物理學家團隊制造了有史以來最靈敏的扭矩測量裝置。在發(fā)表于《自然納米技術(shù)》雜志上的論文中，該團隊描述了他們的新設備并概述了其使用方法。 a，用一個數(shù)值孔徑為0.85的物鏡（OBJ）緊密聚焦的500-mW、1550-nm激光在真空中懸浮二氧化硅納米顆粒（NP）。插圖：二氧化硅納米球（左）和二氧化硅納米啞鈴（右）的掃描電子顯微鏡圖像。兩個圖像的比例尺均為200 nm。b，旋光性納米粒子在10 -4處旋轉(zhuǎn)的測量PSD?托爾 PSD峰的頻率是納米粒子旋轉(zhuǎn)頻率的兩倍。c，記錄了100 s的光懸浮納米粒子的旋轉(zhuǎn)PSD的頻譜圖（時間軌跡）。

扭矩是一種經(jīng)常導致旋轉(zhuǎn)的扭轉(zhuǎn)力，用于測量系統(tǒng)扭矩的設備具有多種形式和多種尺寸。近年來，科學家們一直在研究縮小扭矩傳感器尺寸的方法，目的是方便測量非常小的扭矩。當前，已經(jīng)有研究人員開發(fā)出使用納米制造和低溫冷卻的微型設備來研究諸如卡西米爾效應和小規(guī)模磁性的研究。在此項新工作之前，最靈敏的扭矩傳感器在毫開爾文溫度下的靈敏度為2.9?×?10?24?N?m?Hz?1/2，普渡大學的團隊為自己設定了打破這一紀錄的目標。

新扭矩測量裝置由一個通過500 mW、1550 nm的激光束懸浮在真空室內(nèi)的二氧化硅納米顆粒組成。研究小組通過向納米顆粒發(fā)射一束脈動的圓極化1020nm激光束，每次持續(xù)100秒，從而向納米顆粒施加了扭矩。研究人員使用四分之一波片來控制偏振，電磁束中的旋轉(zhuǎn)波對納米顆粒施加了扭曲作用，使其以3000億轉(zhuǎn)/分的速度旋轉(zhuǎn)，這是迄今為止制造出的最快的人造轉(zhuǎn)子。研究小組通過使用光學傳感器測量粒子在開關(guān)周期中的自旋速度變化，從而能夠測量裝置中的扭矩量。研究人員指出，與其他正在開發(fā)的系統(tǒng)不同，他們的系統(tǒng)不需要復雜的納米制造。

使用該扭矩測量裝置，研究人員能夠測量到扭矩牛頓計的四分之三的扭矩，使其靈敏度是以前的扭矩傳感器的700倍。他們聲稱，他們的裝置將是第一個測量真空摩擦的裝置，其中量子力學表明，在真空中旋轉(zhuǎn)的物體會受到不斷出現(xiàn)和消失的電磁場的拖累而受到阻力。該團隊還聲稱，該扭矩測量裝置可用于納米磁性研究和量子幾何相位的研究。（ 作者：Angel ）

科學家創(chuàng)造出了史上最靈敏的扭矩傳感器，以探測真空中的量子摩擦

為了探測真空中的量子摩擦，科學家們正在進行自旋實驗。

一個旋轉(zhuǎn)的納米顆粒懸浮在真空中的激光束中，可以測量微小的扭轉(zhuǎn)力，使其成為迄今為止最靈敏的扭矩檢測器。

研究人員表示，該設備有一天可能探測到一種名為真空摩擦的難以捉摸的量子效應。

懸浮的納米顆粒每分鐘可以旋轉(zhuǎn)超過3000億次。

“這是世界上最快的人造轉(zhuǎn)子，”印第安納州普渡大學的物理學家Tongcang Li說。

為了用該設備測量扭矩，Li和同事們用第二束激光照射納米顆粒，并按一定的間隔打開和關(guān)閉。

激光是圓偏振的，這意味著光的電磁波會隨著時間的推移而旋轉(zhuǎn)，這種扭曲會給納米顆粒施加一個扭矩。

研究人員通過測量當?shù)诙す獯蜷_和關(guān)閉時粒子速度的變化來估計轉(zhuǎn)矩的大小。

當運行100秒時，傳感器可以測量到大約0.4萬億分之一牛頓米的扭矩。相比之下，扭開一個汽水瓶的瓶蓋大約需要1牛頓米的扭矩。

研究人員1月13日在《自然-納米技術(shù)》(Nature Nanotechnology)雜志上報告說，這種裝置的靈敏度大約是以前最好的扭矩傳感器的700倍。

該設備非常敏感，可以用來觀察真空摩擦的微小影響，這是一種違反直覺的量子效應，即一個物體在真空中快速旋轉(zhuǎn)時會感到阻力——盡管它被虛無包圍。

根據(jù)量子力學的理論，這種從未見過的效應是由旋轉(zhuǎn)的物體與電磁場的相互作用產(chǎn)生的，電磁場不斷地出現(xiàn)和消失，即使在真空中也是如此。