Nueva tecnología de refrigeración por membrana con la

Utilizando una nueva técnica, los investigadores de la Universidad de Basilea lograron enfriar una pequeña membrana a temperaturas cercanas al cero absoluto usando solo luz láser. Estas membranas altamente criogénicas podrían, por ejemplo, encontrar aplicaciones en sensores altamente sensibles.

Hace 400 años, al astrónomo alemán Johannes Kepler se le ocurrió la idea de las velas solares que los barcos podrían usar para navegar por el universo. Se sospechaba que la luz ejerce una fuerza cuando es reflejada por un objeto. Este concepto también le permitió explicar por qué las colas de los cometas se alejan del sol.

Hoy en día, los científicos utilizan el poder de la luz para, entre otras cosas, ralentizar y enfriar átomos y otras partículas. Normalmente, se necesitaría un dispositivo complejo para hacerlo. Un equipo de investigadores de la Universidad de Basilea dirigido por el Prof. Dr. Philip Treutlin y el Prof. Dr. Patrick Potts ahora ha logrado enfriar una película delgada a una temperatura cercana al cero absoluto de 273,15 °C sin usar nada. Pero la luz láser. Recientemente publicaron sus hallazgos en la revista científica X revisión física.

Comentarios no medidos

«Lo que hace que nuestro método sea especial es que logramos este efecto de enfriamiento sin realizar ningún tipo de medición», dice la física Marise Ernzer, estudiante de doctorado y primera autora del artículo. De acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica, una medición, como suele ser necesaria en un circuito de retroalimentación, conduce a un cambio en el estado cuántico y, por lo tanto, a perturbaciones. Para evitar esto, los científicos de Basilea desarrollaron el llamado bucle de retroalimentación coherente en el que la luz láser actúa como sensor y como amortiguador. De esta manera enfriaron y enfriaron las vibraciones térmicas de una membrana de nitrato de silicio de aproximadamente medio milímetro de tamaño.

En su experimento, los investigadores dirigieron un rayo láser a la membrana y emitieron la luz reflejada de la membrana a un cable de fibra óptica. En el proceso, las vibraciones de la membrana provocaron cambios sutiles en la fase oscilatoria de la luz reflejada. Luego se utilizó la información sobre el estado cinético instantáneo de la membrana en esa fase de oscilación, con un retraso de tiempo, para aplicar la cantidad apropiada de fuerza sobre la membrana en el momento apropiado con la misma luz láser. «Esto es un poco como reducir la velocidad de un swing tocando el suelo brevemente con el pie en el momento adecuado», explica Ernzer. Para lograr un retraso óptimo de unos 100 nanosegundos, los investigadores utilizaron un cable de fibra óptica de 30 metros.

cerca del cero absoluto

„El profesor Potts y sus colaboradores desarrollaron una descripción teórica de la nueva técnica y calcularon los ajustes para los que se podía esperar alcanzar las temperaturas más bajas; Esto fue confirmado por el experimento posterior «, dice el Dr. Manel Bosch Aguilera, quien contribuyó al estudio como investigador postdoctoral. Él y sus colegas pudieron enfriar la membrana a 480 microkelvin, menos de una milésima de grado por encima del cero absoluto. temperatura.

En el siguiente paso, los investigadores quieren mejorar su experimento para que la membrana alcance la temperatura más baja posible, es decir, el estado fundamental mecánico cuántico de las oscilaciones de la membrana. Posteriormente, también debería ser posible crear los llamados estados comprimidos de la membrana. Estos casos son particularmente interesantes para la construcción de sensores, ya que permiten una mayor precisión de medición. Las posibles aplicaciones para tales sensores incluyen microscopios de fuerza atómica, que se utilizan para escanear superficies con resolución nanométrica.