利用光悬浮纳米哑铃实现近场GHz旋转与传感

真空中悬浮的非球形纳米颗粒是研究量子旋转的理想对象，也是一种极其灵敏的扭矩与力探测器。已有研究提出用它探测基本粒子-表面相互作用，如卡西米尔扭矩与旋转量子真空摩擦，这要求其在亚微米间距下被驱动至近表面旋转。在此，我们在真空中将二氧化硅纳米哑铃光悬浮于距蓝宝石表面约430 nm处，并驱动其以GHz频率旋转。纳米哑铃尖端与表面间的相对线速度在亚微米间距下达到1.4 km/s。该近表面旋转纳米哑铃在室温下展现出$(5.0 \pm 1.1) \times 10^{-26} {\rm NmHz}^{-1/2}$的扭矩灵敏度。此外，我们将纳米哑铃悬浮于金纳米光栅附近，并用其探测超越光学衍射极限的近场强度分布。我们的数值模拟表明，探测纳米哑铃与纳米光栅间的卡西米尔扭矩大有希望。