Zatiaľ čo sa nanočastice točili vo vákuu, výskumníci študovali ich kvantové vlastnosti.
Rotujúci fraktálny diamant. Zdroj: iStockphoto.com
Fyzici z Purdue University usporiadali najmenšiu diskotéku na svete pomocou levitujúcej gule z fluorescenčných nanodiamantov. Tieto malé diamanty sa otáčajú neuveriteľnou rýchlosťou a vyžarujú žiarivé farby, zatiaľ čo výskumníci študujú ich kvantové vlastnosti.
Drobné zdroje informácií
Drobné diamanty s priemernou šírkou 750 nanometrov sa najskôr vyrábajú pod vysokým tlakom a pri vysokej teplote. Potom sú ožiarené vysokoenergetickými elektrónmi, aby vytvorili to, čo je známe ako NV centrum (atóm dusíka vyplní prázdne miesto v kryštálovej mriežke), ktoré možno použiť na uchovávanie kvantových informácií.
„Predstavte si drobné diamanty plávajúce v prázdnom priestore alebo vo vákuu. Vnútri týchto diamantov sa nachádzajú spinové qubity, ktoré môžu vedci použiť na presné merania a skúmanie tajomného vzťahu medzi kvantovou mechanikou a gravitáciou,“ vysvetľuje Li, ktorý je tiež členom Purdue Quantum Science and Engineering Institute.
Ilustrácia povrchovej iónovej pasce, ktorá pomohla vznášať nanodiamanty. Zdroj: Kunhong Shen
Ako je možné, že sa vznášajú?
Aby odborníci prinútili nanodiamanty levitovať, vytvorili povrchovú iónovú pascu nanesením tenkej vrstvy zlata na zafírový plátok a potom vyleptali zlato do tvaru písmena omega (Ω). Keď prechádza prúd cez zlato, vytvára elektromagnetické pole, vďaka čomu sa môžu nanodiamanty umiestnené nad povrchom vznášať vo vákuovej komore.
„Môžeme upraviť napätie, aby sme zmenili smer otáčania,“ uviedol Kunhong Shen, jeden z autorov štúdie. „Lietajúci diamant sa môže otáčať v závislosti od nášho počiatočného signálu okolo osi z (ktorá je kolmá na povrch iónovej pasce), znázornenej na schéme, buď v smere, alebo proti smeru hodinových ručičiek. Ak nevydáme riadiaci signál, diamant sa bude točiť na všetky smery ako klbko priadze.“
Vedci mohli vôbec prvýkrát pozorovať a kontrolovať správanie spinových qubitov vnútri vznášajúceho sa nanodiamantu vo vysokom vákuu. V minulosti bol s takýmito experimentmi problém, odborníci ich nevedeli udržať dostatočne dlho vo vákuu a zároveň čítať qubity rotácie.
Prezrádza viac o kvantovej mechanike
Nanodiamanty sa točili rýchlosťou až 1,2 miliardy otáčok za minútu. Aj keď je výsledok pôsobivý, nie je to ani zďaleka najrýchlejšie sa otáčajúci objekt. Tento výskumný tím drží v súčasnosti rekord s nanočasticou v tvare činky, ktorú prinútili otáčať sa rýchlosťou 300 miliárd otáčok za minútu.
Štúdia o nanodiamantoch má však praktickejší účel, než len cieľ dosiahnuť svetový rekord. Keď boli nanodiamanty osvetlené zeleným laserom, vyžarovali červené svetlo, ktoré vedci použili na odčítanie stavov spinu elektrónov. Ďalší infračervený laser svietil na nanodiamant a monitoroval jeho rotáciu. Keď sa nanodiamant otáčal ako disko guľa, zmenil sa smer rozptýleného infračerveného svetla, ktoré prenášalo informáciu o rotácii nanodiamantu.
Prof. Tongcang Li (vľavo), Dr. Yuanbin Jin (v strede) a Kunhong Shen vykonávajú experimenty s levitujúcimi a rotujúcimi fluorescenčnými diamantmi na Purdue University. Zdroj: Purdue University
Porovnanie týchto dvoch meraní umožňuje vedcom odvodiť, ako rotácia diamantov ovplyvňuje kvantové informácie obsiahnuté v NV centrách nanodiamantov. Všeobecná relativita a kvantová mechanika sú podľa vedcov dva najprelomovejšie objavy. Stále však nevedia, ako môže byť gravitácia kvantovaná.
Levitujúce mikro- a nanočastice vo vákuu môžu slúžiť ako vynikajúce akcelerometre a senzory elektrického poľa. Napríklad americké Výskumné laboratórium vzdušných síl (AFRL) používa optikou levitujúce častice na vývoj riešení problémov v navigácii a komunikácii.
Zdroj: NewAtlas, Eurekalert
(JM)
