一个悬浮的纳米超敏感传感器

灵敏的传感器必须从环境中分离得到尽可能的避免干扰。苏黎世联邦理工大学的科学家们展示了如何删除和添加基本收费一球，可用于测量极其微弱的力量。

一个微小的球体和一个激光束里面徘徊好像在苏黎世联邦理工大学光子学实验室这些简单的成分，Martin Frimmer及其同事已经开发出一种神奇的–高度敏感的传感器。在未来，这种装置可望测量非常微弱的力或电场。现在，研究人员在最近发表的科学论文中写道，朝着这个方向迈出了重要的一步。

在激光球

Martin Frimmer，在ETH的教授Lukas Novotny组博士后研究员，说明传感器非常振振有词的工作原理：“首先我需要知道对象作为传感器的环境影响。除了这种影响之外，任何事情都会告诉我：有一种力在起作用。“在实践中，这通常意味着与环境的相互作用应保持在最低限度，以便最大限度地提高传感器对所要测量的力的灵敏度。

科学家们通过利用聚焦激光束捕获直径约为人类头发一百倍的二氧化硅纳米颗粒，精确地实现了这一目标。该束产生“光镊”，球是由光的力量在光束的焦点。如果一个附加的力作用在球体上，它就从静止位置移动，而这个位置又可以借助于激光束来测量。

高压放电

由于光镊把球悬浮在半空中，没有任何机械接触，对环境的影响可以减少到最低限度。为此，弗里默和他的团队将在一个真空室，几乎没有更多的碰撞与空气分子的光学镊子。唯一能造成干扰的东西是纳米粒子上可能的电荷。由于这样的电荷，屏蔽不足的电场可能影响球体，因此，可能的测量。为此，ETH的研究人员已经开发出一个简单但非常有效的方法，在球体上的电荷被中和。

为此，他们在真空室安装了一根电线，连接到一个7000伏高压发生器。高压使空气分子电离，也就是分裂成带负电的电子和带正电的离子。无论是那些现在可以跳到球，使其正面或负电荷。

为了测量球体在任何特定时刻所携带的电荷，物理学家将它暴露在一个振荡的电场中，观察到球体对它的反应有多强烈。通过这种方式，他们能够确认球体的电荷以一个基本电荷（即电子电荷）向负或正电荷的步骤变化。当高压开关关闭时，球体的瞬时电荷持续几天。

引力与量子力学

这种完美的控制使科学家能够完全中和纳米颗粒上的电荷。结果，电场不再对球体产生任何影响，这使得精确测量其他非常弱的力成为可能。引力就是这样一种力量。Martin Frimmer推测，尽管小心翼翼，那他在未来开发的纳米传感器应使引力和量子力学之间的相互作用的研究。

通过巧妙地操纵光镊，研究人员可以将球体冷却到低于绝对零度第一万度以下。即使较低的温度下，纳米颗粒有望开始表现，如量子力学，量子叠加态和它们依赖重力可以观察到的现象。

传感器的有趣应用也出现在日常环境中，例如加速度的测量。由于纳米球的电荷不能中和，而且建立在一个良好定义的值，该传感器是同样适用于电场的精密测量。