近日，巴塞爾大學(xué)的研究人員宣布成功開發(fā)出一種新方法，這一方法能夠僅使用激光就將小面積的薄膜冷卻到非常接近絕對零度（零下273．15攝氏度）的溫度。據(jù)介紹，這種高度冷卻的膜，未來或?qū)⒂糜跇O其敏感的傳感器。 德國天文學(xué)家Johannes Kepler在400年前就提出了太陽帆的想法，它是利用太陽光的光壓進(jìn)行宇宙航行的一種航天器，可以用來讓船只在太空中航行。

他認(rèn)為，當(dāng)光被物體反射時(shí)，就會施加一個(gè)力。他還利用這一理論，解釋了為什么彗星的尾巴會指向遠(yuǎn)離太陽的地方。 該團(tuán)隊(duì)由Philipp Treutlein博士和Patrick Potts博士領(lǐng)導(dǎo)。他們的研究結(jié)果最近剛剛發(fā)表在科學(xué)雜志Physical Review X上。

無測量反饋

如今，原子和其他粒子的減速和冷卻都是利用光的力量。為此通常需要一種復(fù)雜的儀器。上述團(tuán)隊(duì)的方法的特別之處在于，他們在不進(jìn)行任何測量的情況下實(shí)現(xiàn)了這種冷卻效果。 根據(jù)量子力學(xué)定律，反饋回路常常需要的測量過程會導(dǎo)致量子態(tài)改變，從而引起干擾。為了防止這種情況發(fā)生，巴塞爾大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了一個(gè)被稱為“相干反饋回路”的系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，激光既充當(dāng)傳感器，又充當(dāng)阻尼器。

他們通過抑制和冷卻大約半毫米大小的硝酸硅膜的熱振動來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究人員將激光束對準(zhǔn)薄膜，并將薄膜反射的光送入光纖電纜。在此操作期間，膜的振動在反射光的振蕩階段產(chǎn)生了小的變化。 振蕩相位中包含的膜的即時(shí)運(yùn)動狀態(tài)的信息，然后被利用，有一個(gè)時(shí)間延遲，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻使用相同的激光對膜施加適量的力。研究人員使用了一根30米長的光纖電纜，來實(shí)現(xiàn)了大約100納秒的最佳延遲。

接近絕對零度

瑞士巴塞爾大學(xué)博士后研究員和他的同事們將膜冷卻到480微開爾文，也就是比絕對零度高不到千分之一度。 下一階段他們將改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，使膜達(dá)到其振蕩的量子力學(xué)基態(tài)——這是可以達(dá)到的最低溫度。所謂的膜擠壓態(tài)的產(chǎn)生，應(yīng)該是可以想象的。 由于它們能夠提高測量精度，這種狀態(tài)對于傳感器結(jié)構(gòu)特別有意義。未來，用于以納米分辨率掃描表面的原子力顯微鏡，將成為這種傳感器的一個(gè)潛在應(yīng)用。

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審核編輯：劉清