Skip to main content

Konstgjord motor kontrollerar atomers rörelser

Pressmeddelande   •   Feb 16, 2011 10:00 CET

I vår kropp sker flera livsnödvändiga processer med hjälp av så kallade Brownska motorer. De drivs av energi från omgivningens slumpmässiga rörelser. Fysikern Martin Zelan, Umeå universitet, presenterar i sin avhandling en artificiell Brownsk motor som kan kontrollera ultrakalla atomernas rörelser i realtid och längs förutbestämda banor.

– Förutom att demonstrera att energi kan utvinnas och kontrolleras från omgivningens slumpmässiga rörelser, har vår konstgjorda motor stora likheter med kroppens Brownska motorer. Därför hoppas vi också att våra resultat kan leda till ökad förståelse för biologiska processer, till exempel hur proteiner transporteras i kroppen och hur vissa virus sprider sig. Förhoppningen är också att konceptet i framtiden ska fungera som motorer för nanorobotar. Sådana robotar skulle kunna vara användbara för att bland annat döda specifika sorters bakterier och förstöra giftiga kemikalier, säger Martin Zelan, som i en annan del av sitt avhandlingsarbete även samarbetat med William D. Phillips, Nobelpristagare i fysik 1997.

För de flesta system betraktats slumpmässig rörelse som något negativt som bör minimeras. För rörelse på molekylnivå kan däremot den så kallade Brownska rörelsen ha en avgörande positiv inverkan. Under vissa speciella omständigheter kan nämligen energi utvinnas från detta brus. Vid Umeå universitet har Martin Zelan och hans kollegor fått atomer att växelverka med ljusfält med hjälp av avancerade laserkylningstekniker. På så sätt har forskarna lyckats skapa en fullt kontrollerbar artificiell Brownsk motor där de kan styra de laserkylda atomernas kollektiva rörelser tredimensionellt och i realtid.

Principen är att man utvinner och använder en viss del av energin som uppstår då man låter atomer slumpmässigt ”hoppa” mellan olika tillstånd. Detta är möjligt att göra då forskarna kan kontrollera asymmetrier i laserfälten. I nära relation till detta har Martin Zelan även lyckats mäta verkningsgraden på en artificiell Brownsk motor för första gången.
– Även om verkningsgraden för vår motor är under en procent så kommer de att hjälpa oss, och andra forskare att förbättra och jämföra olika typer av Brownska motorer.

Vidare visar forskarna vid Umeå universitet hur gravitationen på ett oväntat sätt kan påverka atomer fångade i ljusfält. Forskarna hoppas att denna upptäckt ska leda till ökad grundläggande förståelse för hur laserkylning fungerar.

Under de senaste tre åren har Martin Zelan även ingått i ett forskarlag som leds av Nobelpristagaren William D. Phillips. Tillsammans har forskargruppen, som är verksam vid Joint Quantum Institute, USA, lyckats skapa en långlivad ihållande ström i ett så kallat Bose-Einstein-kondensat. Detta kvantfysikaliska fenomen, där atomer rör sig utan motstånd, uppstår när atomer kyls ner till temperaturer som är flera miljoner gånger kallare än i yttre rymden. Forskarna visar även att de kan kontrollera detta fenomen och att systemet därför kan ses som en första prototyp av en så kallad atomtronikkrets, där atomer används istället för elektroner, som i traditionell elektronik.

Om disputationen

Fredagen den 25 februari försvarar Martin Zelan, institutionen för fysik, Umeå universitet, sin avhandling med titeln ”Ultracold atoms in optical potentials: From noise-indcued transport to superfluidity”.
Svensk titel: ”Ultrakalla atomer i optiska potentialer: Från brusinducerad transport till supravätskor”
Disputationen äger rum kl 10.00 i N320, Naturvetarhuset.
Fakultetsoppnent är Dr Síle Nic Chormaic, Univeristy Collage Cork, Cork, Ireland.

E-publikation av avhandlingen

http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:umu:diva-39541

Om Martin Zelan

Martin Zelan är född och uppvuxen i Näske utanför Örnsköldsvik. Efter gymnasiestudier på Parkskolan i Örnsköldsvik, flyttade han 2001 till Umeå för att läsa till civilingenjör i teknisk fysik. Han påbörjade sedan sina forskarstudier vid institutionen för fysik 2006 där han ingått i en forskargrupp som letts av Anders Kastberg och Claude Dion. Sedan 2008 har han även varit verksam som gästforskare vid Joint Quantum Institute, USA, där han efter disputationen kommer vara verksam på heltid.

För ytterligare information kontakta gärna:
Martin Zelan
Telefon: 070-2533367
E-post: martin.zelan@physics.umu.se

Högupplöst bild av Martin Zelan
Högupplöst bild från experimentet