Naukowcy stworzyli miniaturowy zegar optyczny

Fizycy z California Institute of Technology wynaleźli mikroskopijny dysk, który wibruje, kiedy pada na niego światło - wynalazek ten może okazać się bardzo przydatny w branży urządzeń elektrycznych. Jest to pierwsze takie optomechaniczne urządzenie napędzane jedynie fotonami, które pracuje przy stałej częstotliwości.

Prezentowani w kilku znanych czasopismach naukowych, badacze odpowiedzialni za projekt: Kerry Vahala, Hossein Rokhsari, Tal Carmon i Tobias Kippenberg, wyjaśnili jak ten niewielki rezonator w kształcie dysku przekształca energię promieniowania lasera na drgania mechaniczne. Dysk ten stworzony z krzemionki, wystawiony na działanie światła drga około 80 milionów razy na sekundę.

Efekt takiego działania wywołany jest własnościami dysku, który jest zdolny do bardzo wydajnego magazynowania energii światła, oraz z faktu, że promieniowanie świetlne „wywiera nacisk” na materiał dysku. Vahala wyjaśnia, iż światło robi setki tysięcy obrotów dookoła osi dysku, co powoduje jego dosłowne rozciągnięcie wywołane „naciskiem” poruszających się fotonów.
Kiedy dysk jest rozciągnięty, jego własności fizyczne zmieniają się, co powoduje stratę energii i jednocześnie kolejną zmianę kształtu. Cykl ten powtarza się tak długo, jak dysk wystawiony jest na działanie promieniowania słonecznego.
W rezultacie, ten powtarzalny proces czyni z dysku bardzo wydajny zegar, pod pewnymi względami podobny do kryształu kwarcowego, który drga pod wpływem prądu elektrycznego. Różnice pomiędzy zegarem „napędzanym optycznie” a tradycyjnym – elektrycznym, polegają na tym, że ten pierwszy może wprowadzić nowe funkcje optoelektryczne do elektronicznych układów scalonych.

Badacze dodatkowo zauważyli, że podczas gdy podstawowe funkcje urządzenia mogą być wyjaśnione na podstawowym poziomie fizyki, o tyle interakcje pomiędzy promieniowaniem a makroskopowym ruchem mechanicznym, mogą być wyjaśnione już przy użyciu fizyki kwantowej.

Ponadto nowe urządzenie mogłoby być użyteczne w projekcie nazwanym LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), stworzonym przez Narodową Fundację Nauki do wyjaśnienia fenomenu tzw. fal grawitacyjnych, o których istnieniu po raz pierwszy poinformował Einstein.

Vahala podsumowując odkrycie, stwierdził, iż mechanizm pracy nowego układu musi być jeszcze lepiej poznany. Dokonano przejścia od czystej teorii do praktyki i nadal jest to ekscytujące.