От межзвездного до рабочего платформ. Кредит: Природная фотоника (2025). Doi: 10.1038/s41566-024-01605-w
Идея путешествовать по межзвездному пространству с космическими транспортными средствами через ультратонкое парусное спорт звучит как научно-фантастические романы. Фактически, программа, которую Стивен Хокинг начал в 2016 году, и Юрий Милнер, известная как инициатива «Прорывная звезднаяшота», изучила эту идею. Эта концепция состоит в том, чтобы использовать лазер для продвижения миниатюрных пространственных зондов, которые прикреплены к «сиянию», чтобы достичь ультра -быстрых скоростей и, наконец, нашей ближайшей звездной системы Альфа Центаври.
Caltech ведет мировое сообщество к достижению этого смелого места назначения.
«Световое электронное письмо будет путешествовать быстрее, чем любой бывший космический корабль, в результате чего потенциал для прямого исследования космического корабля в конечном итоге открывается, что теперь доступно только путем съемного наблюдения», профессор Говарда Хьюза по прикладной физике и материальной науке в Калифорнии.
Атуотер и его коллеги теперь разработали платформу в Caltech, чтобы охарактеризовать ультра -тонкие мембраны, которые могут однажды использовать их. Ваша тестовая платформа включает способ измерить силу, осуществлять лазеры на парусах, с которыми космический корабль лежит через пространство. Эксперименты команды отмечают первый шаг, чтобы перейти от теоретических предложений и конструкций слоев света к фактическим наблюдениям и измерениям ключевых концепций и потенциальных материалов.
«Существует множество проблем в разработке мембраны, которая в конечном итоге может быть использована в качестве стратификации. «Но прежде чем мы сможем начать строить такой парус, мы должны понять, как материалы реагируют на радиационное давление со стороны лазеров. Мы хотели знать, можем ли мы определить силу на мембране, только измерением их движений».
Документ, которая описывает работу, появляется в журнале Nature Photonics. Основными авторами статьи являются постдокторски в использованной физике Lior Michaeli и докторантах в прикладной физике Ramon Gao, как из Caltech.
Цель состоит в том, чтобы охарактеризовать поведение свободно движущегося электронного письма. В качестве первого шага для изучения материалов и сил въезда в лаборатории команда создала миниатюрный световой магазин, который связан с углами в большей мембране.
Исследователи использовали устройства в институте кавли наноссиологов в Кальтех, и метод, который называется литографией электронного луча, чтобы стимулировать мембрану из нитрида кремния толщиной всего 50 нанометров, и создать что -то похожее на микроскопический батут.
Мини -батут, квадратный только 40 микрометров шириной и 40 микрометров, подвешен на углах с помощью нитридных источников кремния. Затем команда встретила мембрану с аргоном лазерным светом с видимой длиной волны. Цель состояла в том, чтобы измерить радиационное давление, которое миниатюрный слой испытывал путем измерения движений батута, когда батутный и измеренный батут.
Но картина с точки зрения физики изменяется, когда парус связан, говорит автор со-лида Михаэли: «В этом случае динамика становится довольно сложной».
Платформа многофизика для характеристики радиационного давления при оптомеханике. Кредит: Природная фотоника (2025). Doi: 10.1038/s41566-024-01605-w
Парус действует как механический резонатор и вибрирует, как батут, когда его поражают свет. Центральная задача заключается в том, что эти вибрации в основном обусловлены теплом от лазерного луча, что может замаскировать прямой эффект радиационного давления. Михаэли говорит, что команда превратила этот вызов в преимущество и заметила: «Мы не только избегали нежелательных эффектов отопления, но и то, что мы узнали о поведении устройства, чтобы измерить новый способ измерения мощности света на выполнить.»
Откройте для себя более 100 000 подписчиков, которые полагаются на Phys.org, чтобы поддерживать ежедневные знания на Phys.org. Зарегистрируйтесь на нашу бесплатную рассылку и получите обновления, чтобы прорываться, инновации и исследования, которые являются важными или еженедельными.
С помощью нового метода устройство также может действовать как измеритель мощности, чтобы измерить как мощность, так и производительность лазерного луча.
«Устройство представляет собой небольшой свет света, но большая часть нашей работы заключалась в разработке и реализации схемы для измерения движения, вызванного долгосрочными оптическими силами»,-говорит автор соавторства Гао.
Для этой цели команда создала так называемый интерферометр для интерферометров общего пути. В целом, движение может быть признано вмешательством двух лазерных лучей, в которых один попадает в вибрирующий образец, а другой занимает жесткую позицию. В общем интерферометре BATT, поскольку два луча почти одинаковы, они выполнили те же источники для звуков окружающей среды, такие как: Все, что осталось, — это очень маленький сигнал от движения образца.
Инженеры интегрировали интерферометр в микроскоп, с помощью которого они исследовали миниатюрный парус и размещают устройство в приготовленной вакуумной камере. Затем они смогли измерить движения паруса такими же небольшими, как пикометр (миллиарды измерительного устройства) и его механическую жесткость, то есть, насколько перья деформировались, когда парус был нажат на давление радиации лазера.
Поскольку исследователи знают, что свет света в космосе не всегда останется перпендикулярно лазерным источникам на Земле, они наклонили лазерный луч, чтобы подражать этому и силу, с которой лазер снова прижимал мини -парус.
Важно, чтобы исследователи распространяли лазерный луч, который распространяется под углом и, следовательно, не имела репетиции в некоторых областях, калибруя их результаты по производительности лазера, измеренной самим устройством. Однако сила при этих обстоятельствах была ниже, чем ожидалось. В статье исследователи предполагают, что часть луча, когда они направлены на угол, попадает в край паруса и может быть разбросана частью света и отправлена в другие направления.
В будущем команда надеется использовать нано -науки и мета -материалы, которые были тщательно разработаны в этом крошечном масштабе, чтобы обладать желательными свойствами, чтобы контролировать движение и вращение миниатюрного звука из стороны в сторону.
«Целью будет то, чтобы увидеть, можем ли мы использовать эти наноструктурированные поверхности, например, чтобы принести восстановительную силу или крутящий момент для света», — говорит Гао. «Если вспышка огней перемещалась или выключилась из лазерной луча, мы хотим, чтобы вы двигались или повернулись самостоятельно».
Исследователи считают, что они могут измерить страницу с платформой, описанной на статье.
«Это важное трамплин для наблюдения оптических сил и моментов, которые могут иметь свободно ускоряющуюся стратификацию света с лазерным лучом», — говорит Гао.
Информация от: Калифорнийским технологическим институтом
