據(jù)外媒報道，普渡大學(xué)的一個物理學(xué)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(shè)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(dǎo)致旋轉(zhuǎn)的扭轉(zhuǎn)力，用于測量系統(tǒng)扭矩的設(shè)備具有多種形式和多種尺寸。近年來，科學(xué)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(dāng)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(shè)備來研究諸如卡西米爾效應(yīng)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(xué)的團隊為自己設(shè)定了打破這一紀(jì)錄的目標(biāo)。

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(xué)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(fù)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(xué)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(xué)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(xué)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(shè)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(yīng)。

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(xué)的物理學(xué)家Tongcang Li說。

為了用該設(shè)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(dāng)?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(dāng)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(shè)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(yīng)，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(xué)的理論，這種從未見過的效應(yīng)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。