清华大学摩擦学国家重点实验室韩勤锴副研究员与美国普渡大学李统藏教授课题组、北京大学马仁敏教授课题组合作，实现了世界上转速最高的人工转子，每分钟可旋转超过600亿次（大于1 GHz），是高速牙钻转速的10万多倍。研究论文《光悬浮纳米哑铃扭摆与GHz纳米机械转子》（Optically Levitated Nanodumbbell Torsion Balance and GHz Nanomechanical Rotor）近日发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。这项突破性工作得到了新华网、美国全国广播公司（NBC）、美国福克斯新闻网（FOX News）等世界各大媒体的广泛报道。

图1 超高速旋转纳米二氧化硅哑铃

图2 纳米量子Cavendish扭摆 

研究团队通过使用化学和物理两种方式，合成了高纯度的纳米二氧化硅哑铃（直径约170 nm，见图1（a）的SEM图像）；在高真空环境下，使用圆偏振激光悬浮并驱动纳米二氧化硅哑铃（见图1（b）），使其高速旋转；当压强为7.9×〖10〗^(-5) Torr时，转子转速达到1.1 GHz，（见图1（c））。对于超高速旋转的纳米转子，一方面可用来研究极限条件下（本研究中，哑铃两球体质心的相对切向速度已超过1000 m/s！）纳米材料的疲劳强度特性；另一方面，也可用来探测真空摩擦力（vacuum friction）。现代物理学认为，由于量子涨落，真空不是空的，而是充满了虚粒子。这些虚粒子能够给高速转动的物体一个微弱的摩檫力，称之为真空摩擦力。此外，将圆偏振激光改为线性偏振激光时（见图2（a）），研究团队观察到纳米哑铃出现了类似经典卡文迪许（Cavendish）扭摆的扭转振动（见图2（b）），这对于探测真空量子涨落导致的卡西米尔（Casimir）扭矩以及引力的量子本质具有重要意义。

《物理评论快报》是美国物理协会(APS)出版的高水平权威期刊。论文的第一作者Jonghoon Ahn是李统藏教授的博士生。韩勤锴副研究员、马仁敏教授与李统藏教授是论文的共同通讯作者。此项研究得到了国家自然科学基金以及摩擦学重点实验室基金的资助。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.033603

新华网新闻报道：http://www.xinhuanet.com/science/2018-07/23/c_137342650.htm

美国全国广播公司新闻报道：

https://www.nbcnews.com/mach/science/tiny-dumbbells-spin-60-billion-times-minute-may-help-solve-ncna894121

美国FOX新闻网报道：

http://www.foxnews.com/science/2018/07/25/what-in-whirled-tiny-floating-dumbbell-rotates-60-billion-times-per-minute.html