权威国防科技信息门户
招聘
生产力促进中心会员招募
国防科技生产力促进中心
国外国防科技文献资料快报
公告:
国防科技生产力促进中心网上会员入会邀请函   国防科技工业准入渠道、申办程序取证务实培训班通知   DSTI推出国防军工单位电子邮件服务,特别优惠中   DSTIS国防军工信息资源内网服务系统2013年征订开始   下载黄页企业会员登记表 成为国防科技信息网会员  
悬浮纳米球可作为超灵敏传感器
2017-07-03
 

[据物理学组织网站2017628日报道] 灵敏传感器必须尽可能与环境隔离,从而避免干扰。目前,苏黎世联邦理工学院科学家演示了如何从纳米球中移除并添加元电荷,用于测量极微弱的力。

苏黎世联邦理工学院光子实验室研究人员采用一个微小球体和激光束,开发出高灵敏度传感器。未来,该器件有望用于精确测量极微弱的力或者电场。目前,研究人员在这个方向已迈出重大一步。

激光束中的纳米球

研究人员马丁•弗里默非常合理地解释了传感器的工作原理:“首先,我需要知道传感器是如何受环境影响的。任何超出这种影响的事情都会告诉我:存在一种力。”实际上,这通常意味着与环境的相互作用应该保持在最低限度,以便最大化力传感器灵敏度。

科学家采用聚焦激光束捕获二氧化硅纳米颗粒,它的直径比人类头发小一百倍。光束产生“光学镊子”,其中纳米球通过光力保持在光束的焦点中。如果有其它力作用在球体上,它从静止位置移动,可以借助激光束测量。

高压充电

由于光学镊子使纳米球保持在空中而不存在机械接触,因而可将环境的影响降到最低。研究人员将光学镊子置于真空室,从而几乎与空气分子不存在碰撞。现在唯一可能产生干扰的是纳米颗粒上的电荷。 因此,不充分屏蔽电场可能影响球体,并因此影响可能的测量。ETH研究人员开发出一种简单而且高效的方法,通过该方法中和球体上的电荷。

为此,他们真空室内安装了一根线,真空室与7000伏高压发电机相连。高电压导致空气分子离子化,即分裂成带负电荷的电子和带正电荷的离子,从而使纳米球带正电或负电。

为了测量球体在任何给定时刻携带的电荷,物理学家将其暴露在振荡电场中,并观察球体反应的强度。研究人员能够确定,球体电荷通过一个元电荷带负电还是正电做出改变。当高压关闭时,球体的瞬时电荷可以在几天内保持恒定。

重力和量子力学

这种完美控制使科学家能够完全中和纳米颗粒上的电荷。因此,电场不再对球体产生影响,这使得精确测量极微弱的力成为可能。重力是其中一种,马丁•弗里默推测,尽管谨慎地说,未来纳米传感器能够用于研究重力和量子力学之间的相互作用。通过控制光学镊子,研究人员可以将球体冷却到万分之一度以下、绝对零度以上。对于更低的温度而言,纳米颗粒有望开始以机械方式进行量子化,因此可以观察到诸如量子叠加及其对重力的依赖等现象。

传感器的有趣应用也体现在日常生活中,例如测量加速度。由于纳米球的电荷不仅可以被中和,而且可以随意设定值,所以传感器同样适用于电场的精确测量。(工业和信息化部电子第一研究所   许文琪)

相关新闻

DSTIS 国防科技工业信息服务系统
中国核科技信息与经济研究院 中国航天工程咨询中心 中国航空工业发展研究中心
中国船舶工业综合技术经济研究院 中国船舶信息中心 北方科技信息研究所 工业和信息化部电子科学技术情报研究所
DSTI简介 | 大事记 | 网站动态 | 产品介绍 | 广告服务 | 客户服务 | 联系方式 | 共建单位 | 合作媒体  
国防科技信息网 dsti.net © 2006 - 2017 版权所有 京ICP备10013389号