3000억 RPM 실리카 나노입자 회전 세계신기록… 레이저 구동 덤벨형 입자로 새 물리학 열다

토크 센서 감도 극대화… 진공 중 레이저 레비테이션 나노입자

토크 센서로 중력상수 최초 결정, 쿨롱 법칙 발견. 최근 10년간 토크 검출 감도 향상 큰 노력 기울여짐.

이제 퍼듀대 연구진이 상온에서 토크 센서 놀라운 감도 달성. 세계 최고속 회전 객체 만들어 이뤘음.

객체는 레이저 구동 덤벨형 실리카 나노입자. 분당 3000억 회전, 치과 드릴 50만 배 빠름.

어떻게 달성했나?

실리카 나노입자 진공 중 레이저 빛으로 레비테이션(부양)시키고, 편광판 가진 두 번째 레이저로 토크 감도 테스트.

구체적으로 1,550nm 레이저 강집속으로 진공 챔버 내 실리카 나노입자(나노구슬) 광학 트랩. 다른 1,020nm 레이저로 외부 토크 가해 감도 측정.

참고: Nature Nanotechnology | DOI:10.1038/s41565-019-0605-9 | 퍼듀대학교

이 하면서 연구진 최고속 회전 객체 세계신기록 수립. 2018년 자신들 기록 600억 RPM 깸.

광학 트랩 170nm 직경 나노덤벨 1GHz 넘어 회전, 나노입자 보고된 최고 회전주파수. 연구진 더 작은 실리카 나노덤벨 10GHz 넘어 회전주파수 유지 가능 추정.

연구진 제공

놀라운 회전속도 외 이 나노입자들 이전 어떤 기구보다 700배 민감한 수준까지 토크 측정 가능.

향후 전망

초고속 회전 물질특성·진공마찰 분석용. 예: 선편광 레이저 존재 시 레비테이션 나노입자 비틀림 진동 관측. 카지미르 토크(양자화된 장서 발생 물리력) 검출·나노전자소자 개발·제어 중요 단계 될 수 있음.

양자 캐번디시 토션밸런스 생성에도 유용. 결국 과학자들 양자 중력 본질 더 잘 이해 돕게 됨. 다수 나노입자 함께 레비테이션해 자기조립·비평형 위상 분석 가능.