导读:据外媒报道,普渡大学的一个物理学家团队制造了有史以来最灵敏的扭矩测量装置。在发表于《自然纳米技术》杂志上的论文中,该团队描述了他们的新设备并概述了其使用方法。


高精度扭矩 传感器


用一个数值孔径为0.85的物镜(OBJ)紧密聚集的500-mW、1550-nm激光在真空中悬浮二氧化硅纳米颗粒(NP)。插图:二氧化硅纳米球(左)和二氧化硅纳米哑铃(右)的扫描电子显微镜图像。两个图像的比例尺均为200 nm。b,旋光性纳米粒子在10 -4处旋转的测量PSD 托尔 PSD峰的频率是纳米粒子旋转频率的两倍。c,记录了100 s的光悬浮纳米粒子的旋转PSD的频谱图(时间轨迹)。

  

扭矩是一种常常导致旋转的改动力,用于测量体系扭矩的设备具有多种形式和多种标准。近年来,科学家们一直在研讨缩小扭矩传感器标准的方法,目的是方便测量非常小的扭矩。当时,已经有研讨人员开发出运用纳米制作和低温冷却的微型设备来研讨比如卡西米尔效应和小规模磁性的研讨。在此项新作业之前,最灵敏的扭矩传感器在毫开尔文温度下的灵敏度为2.9 × 10−24 N m Hz−1/2,普渡大学的团队为自己设定了打破这一纪录的方针。

  

扭矩测量设备由一个通过500 mW、1550 nm的激光束悬浮在真空室内的二氧化硅纳米颗粒组成。研讨小组通过向纳米颗粒发射一束脉动的圆极化1020nm激光束,每次持续100秒,然后向纳米颗粒施加了扭矩。研讨人员运用四分之一波片来控制偏振,电磁束中的旋转波对纳米颗粒施加了扭曲效果,使其以3000亿转/分的速度旋转,这是迄今为止制作出的最快的人工转子。研讨小组通过运用光学传感器测量粒子在开关周期中的自旋速度改变,然后能够测量设备中的扭矩量。研讨人员指出,与其他正在开发的体系不同,他们的体系不需要杂乱的纳米制作。

  

运用该扭矩测量设备,研讨人员能够测量到扭矩牛顿计的四分之三的扭矩,使其灵敏度是曾经的扭矩传感器的700倍。他们声称,他们的设备将是第一个测量真空摩擦的设备,其间量子力学表明,在真空中旋转的物体会遭到不断出现和消失的电磁场的拖累而遭到阻力。该团队还声称,该扭矩测量设备可用于纳米磁性研讨和量子几许相位的研讨。

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