Nanoparticule de silice à 300 milliards RPM : record mondial de rotation, nouvelle physique débloquée

Des scientifiques battent le record mondial de l'objet tournant le plus rapide. Le nouvel objet tourne à 300 milliards de tours par minute. Il est fait d'une nanoparticule de silice en forme d'haltère alimentée par lasers.

Les capteurs de couple ont permis la première détermination de la constante gravitationnelle et la découverte de la loi de Coulomb. Au cours de la dernière décennie, des efforts significatifs ont été faits pour améliorer la sensibilité de détection du couple.

Maintenant, des chercheurs de l'Université Purdue ont atteint une sensibilité remarquable dans les capteurs de couple à température ambiante. Ils ont fait cela en construisant l'objet tournant le plus rapide au monde.

L'objet n'est rien d'autre qu'une nanoparticule de silice en forme d'haltère alimentée par lasers. Elle tourne à 300 milliards de tours par minute, près de 500 000 fois plus vite qu'une perceuse de dentiste.

Comment ont-ils fait ?

Ils ont lévité une nanoparticule de silice dans le vide en utilisant de la lumière laser, puis ont utilisé un second laser avec une plaque polarisante pour tester sa sensibilité au couple.

Plus spécifiquement, ils ont piégé optiquement une nanoparticule de silice (une nanosphère) dans une chambre à vide en utilisant un laser focalisé serré de 1 550 nm. Ils ont ensuite utilisé un autre laser de 1 020 nm pour appliquer un couple externe et mesurer sa sensibilité.

Référence : Nature Nanotechnology | DOI:10.1038/s41565-019-0605-9 | Université Purdue

Ce faisant, les chercheurs ont établi un record mondial pour l'objet tournant le plus rapide. Ils ont battu leur record précédent (établi en 2018) de 60 milliards de tours par minute.

Les nanodumbells de 170 nm de diamètre piégés optiquement ont été entraînés à tourner au-delà de 1 GHz, la plus haute fréquence de rotation rapportée pour une nanoparticule à ce jour. Les chercheurs estiment que des nanodumbells de silice plus petits peuvent soutenir une fréquence de rotation au-delà de 10 GHz.

Avec l'aimable autorisation des chercheurs

En plus de leurs vitesses de rotation remarquables, ces nanoparticules peuvent mesurer le couple à des niveaux jusqu'à 700 fois plus sensibles que n'importe quel instrument avant.

Quelle suite ?

De telles rotations à haute vitesse seront utilisées pour analyser les propriétés des matériaux et le frottement du vide. Par exemple, la vibration torsionnelle des nanoparticules lévitées est observée en présence d'un laser polarisé linéairement. Cela pourrait être une étape cruciale vers la détection du couple de Casimir (forces physiques découlant d'un champ quantifié) et le développement et le contrôle de dispositifs nanoélectroniques.

De plus, ce sera utile pour créer un balance de torsion de Cavendish quantique, qui aidera éventuellement les scientifiques à mieux comprendre la nature quantique de la gravité. Plusieurs nanoparticules peuvent être lévitées ensemble pour analyser l'auto-assemblage et les phases de non-équilibre.