Fonte: Sci-X
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I ricercatori del California Institute of Technology (Caltech) e dell’Università di Rochester hanno sviluppato un accelerometro ultrasensibile, un tipo di rilevatore di movimento, che entra nella nuova classe dei micro sensori.
Il professore di fisica applicata Oskar Painter e il suo team descrivono il nuovo dispositivo e le sue capacità in una pubblicazione anticipata online della rivista “Nature Photonics”.
Piuttosto che utilizzare un circuito elettrico per misurare i movimenti, il loro accelerometro utilizza luce laser. E, nononostante le ridotte dimensioni del dispositivo, è una sonda estremamente sensibile di movimento. Grazie alla sua piccola massa, può anche operare in un'ampia gamma di frequenze; il che significa che è sensibile ai movimenti che si verificano in decine di microsecondi, quindi è migliaia di volte più veloce dei i movimenti che i sensori più sensibili, oggi utilizzati, sono in grado di rilevare.
Gli accelerometri lavorano utilizzando un rivelatore sensibile allo spostamento, per misurare il moto di una massa collegata in modo flessibile. Più comunemente, il rivelatore è un circuito elettrico. Ma poiché la luce laser è uno dei mezzi più sensibili per misurare la posizione, c'è stato interesse nel fare un dispositivo con lettura ottica. Ad esempio, progetti come l’Osservatorio di onde gravitazionali a interferometro laser (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory -LIGO), si basano su interferometri ottici, che utilizzano la luce laser riflessa da specchi, separati da chilometri di distanza, per misurare il movimento relativo degli specchi terminali. I laser riescono ad avere un bassissimo rumore intrinseco (ossia la loro intensità fluttua poco) e sono, in genere, limitati dalle proprietà quantistiche della luce stessa, in modo da rendere molto più facile di rilevare movimenti molto piccoli.
Gli scienziati del Caltech e dell’Università di Rochester hanno realizzatol’interferometro su scala piccolissima, nanometrica. "La chiave è una piccola cavità ottica che abbiamo appositamente progettato per leggere il movimento", dice Painter. La cavità ottica è lunga solo 20 micron, è larga solo 1 micron e ha lo spessore di solo pochi decimi di micron. E’ costituita da due nanofasci di silicio, posizionati come due lati di una cerniera, con un lato collegato alla massa di prova. Quando la luce laser entra nel sistema, il nanofascio agisce come un "tubo di luce", che guida la luce in una zona dove rimbalza avanti e indietro tra i fori nel nanofascio. Quando la massa di prova vincolata si muove, cambia la distanza tra i due nanofasci, causando una variazione dell'intensità della luce laser riflessa dal sistema. Il segnale laser riflesso è infatti estremamente sensibile al movimento della massa di prova, con spostamenti piccoli, dell’ordine di femtometri (circa il diametro di un protone) esplorabile nell’arco di un secondo di tempo.
Risulta che, poiché la cavità e la massa di prova sono così piccole, la luce che rimbalza avanti e indietro nel sistema spinge la massa di prova e precisamente: quando la massa di prova si allontana, la luce aiuta a spingerla ulteriormente e quando la massa di prova si avvicina, la luce la attira dentro. In breve, la luce laser ammorbidisce e smorza il movimento della massa di prova.
Testo originario completo di Kimm Fesenmaier
Immagine: Credit Martin Winger
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