Bilim Adamları, Son Derece Hassas Sensörler İçin Küçük Film Alanını Mutlak Sıfıra Soğutmak İçin Lazer Kullanıyor

Son zamanlarda, Basel Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, yalnızca bir lazer kullanarak küçük film alanlarını mutlak sıfıra (eksi 273,15 santigrat derece) çok yakın sıcaklıklara soğutabilen yeni bir yöntemin başarılı bir şekilde geliştirildiğini duyurdular. Rapora göre bu oldukça soğutulmuş film, gelecekte son derece hassas sensörler için kullanılabilir.
Alman astronom Johannes Kepler, 400 yıl önce güneş ışığının hafif basıncını kozmik navigasyon için kullanan ve gemilerin uzayda gezinmesine izin vermek için kullanılabilen bir uzay aracı olan bir güneş yelkeni fikrini ortaya attı. Işığın bir nesne tarafından yansıtıldığında bir kuvvet uygulandığına inanıyordu. Kuyruklu yıldızların kuyruklarının neden güneşten uzağa baktığını açıklamak için de bu teoriyi kullandı.
Ekip, Dr. Philipp Treutlein ve Dr. Patrick Potts tarafından yönetildi. Bulguları kısa bir süre önce Physical Review X bilimsel dergisinde yayınlandı.
Ölçüm geri bildirimi yok
Bugün atomlar ve diğer parçacıklar ışığın gücü kullanılarak yavaşlatılıyor ve soğutuluyor. Bu amaç için genellikle sofistike bir araç gerekir. Yukarıda adı geçen ekibin yaklaşımını özel kılan şey, bu soğutma etkisini herhangi bir ölçüm yapmadan elde etmeleridir.
Kuantum mekaniği yasalarına göre, geri besleme döngüleri genellikle kuantum hallerinde değişikliklere yol açabilecek ve dolayısıyla bozulmalara neden olabilecek ölçüm süreçleri gerektirir. Bunu önlemek için Basel Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, lazerin hem sensör hem de sönümleyici görevi gördüğü "tutarlı geri bildirim döngüsü" adı verilen bir sistem oluşturdu.
Bunu, yaklaşık yarım milimetre büyüklüğünde bir silikon nitrat filmin termal titreşimlerini bastırarak ve soğutarak başardılar. Araştırmacılar deneylerinde lazer ışınını filme yönelttiler ve filmden yansıyan ışığı bir fiber optik kabloya beslediler. Bu işlem sırasında, zarın titreşimi, yansıyan ışığın salınım fazında küçük değişiklikler üretti.
Salınım fazında bulunan zarın ani hareket durumu hakkındaki bilgi daha sonra, aynı lazer kullanılarak zara doğru zamanda doğru miktarda kuvvet uygulamak için bir zaman gecikmesiyle kullanıldı. Araştırmacılar, yaklaşık 100 nanosaniyelik optimum bir gecikme elde etmek için 30-metre uzunluğunda bir fiber optik kablo kullandılar.
mutlak sıfıra yaklaşıyor
Doktora sonrası araştırmacı ve İsviçre'deki Basel Üniversitesi'ndeki meslektaşları, zarı 480 mikroKelvin'e veya mutlak sıfırın üzerinde bir derecenin binde birinden daha azına kadar soğuttu.
Bir sonraki aşamada, zarı salınımlı kuantum mekanik temel durumuna - elde edilebilecek en düşük sıcaklığa - getirmek için deneyi iyileştirecekler. Membranın sözde sıkıştırılmış durumlarının yaratılması düşünülebilir olmalıdır.
Bu tür durumlar, ölçüm doğruluğunu iyileştirme yeteneklerinden dolayı sensör yapıları için özellikle ilgi çekicidir. Gelecekte, yüzeyleri nanometre çözünürlükte taramak için atomik kuvvet mikroskobu, bu tür sensörler için potansiyel bir uygulama olacaktır.