Ett internationellt team från universiteten i Wien, Duisburg-Essen och Tel Aviv har skapat en nanomekanisk visare för att visa tiden för en elektronisk klocka, genom att snurra en liten cylinder med hjälp av ljus. En nanorod av kisel, mindre än en tusendels millimeter lång, kan fångas i tunn luft med fokuserade laserstrålar, och snurrade för att följa klockans tickande, förlorar bara en miljondels sekund på fyra dagar. Detta arbete kommer att publiceras i Naturkommunikation .

Väldigt vanliga klockor är avgörande i vår vardag. De gör att vi kan navigera, från de marina kronometrar som används för att bestämma longitud, till GPS. Stabila klockor driver internet, definierar den hastighet med vilken information kan skickas och tas emot.

Om din klocka är mycket exakt, det är lätt att upptäcka även små förändringar i dess regelbundenhet. Genom att mäta rörelsen hos ett fysiskt föremål som håller tiden, som pendeln på en farfars klocka, och jämföra det med en elektronisk referens, då kan vi upptäcka störningar, såsom vibrationer i höljet.

I forskning publicerad i Naturkommunikation , Stefan Kuhn vid universitetet i Wien och kollegor har skapat en otroligt stabil, materialvisare för en elektronisk klocka, realiseras genom rotationerna av en mikrometerstor silikoncylinder, som svävas av ljus. Teamet använder klockan för att sparka den lilla rotorn med pulser av polariserat ljus, får den att snurra en miljon gånger i sekunden. "Det är fantastiskt att vi kan ta en elektronisk signal, och använda den för att perfekt driva rörelsen hos ett fysiskt föremål, utan någon förlust av stabilitet. Vår klocka tappade bara en miljonedel av en sekund under fyra dagar, " säger medförfattaren James Millen. Andra sådana små mekaniska enheter är begränsade i precision genom kontakt med sin omgivning, men när den svävar förblir nano-rotorn extremt stabil under mycket långa tider.

Att förbereda sådana nanomekaniska enheter bygger på konsten att göra orörda kiselpelare på ett chip, som gjort i gruppen av Fernando Patolsky vid Tel Avivs universitet. Wien-teamet använder en "laserhammare" för att slå ut enskilda stavar och fångar dem i en pincett gjord av ljus.

Att beskriva den efterföljande dynamiken är en teoretisk utmaning som har lösts av de teoretiska fysikerna Benjamin Stickler och Klaus Hornberger vid universitetet i Duisburg-Essen. Rörelsen hos den snurrande nanostaven är kaotisk, ett beteende som även finns i vädermönster och vägtrafik. Detta kanske inte låter lovande för teknisk tillämpning, men det är möjligt att hitta öar av lugn i kaoset, där tickandet av klockans nanovisare blir ultrastabila.

Tickandet av ett material, snarare än elektroniskt, klockan är mycket känslig för sin miljö. Denna mycket exakta, Den lilla visaren på en klocka kan användas för att exakt mäta världens egenskaper på nanoskala, till exempel tryckvariationer över submillimeteravstånd. Den svävade cylindern kunde flyttas genom ett gasflöde för att mäta turbulens, eller genom en stråle av atomer eller ljus för att urskilja dess egenskaper. Det kan en dag till och med vara möjligt att använda denna metod för att testa gränserna för kvantfysik:"Vid höga rotationshastigheter, detta är en miljösensor med fantastisk precision. Vid låga frekvenser kan det öppna en ny rad experiment om rotations kvantmekanik, säger Markus Arndt.