量子領域新突破 雷射光竟用來冷卻薄膜

編譯/高晟鈞

但你可曾想過,具有高能量的雷射光,竟然也可以用來冷卻傳感器中的薄膜嗎?(示意圖/123RF)

我們都知道雷射光有許多應用,比如近視雷射手術、雷射武器、或是3D列印技術等等;但你可曾想過,具有高能量的雷射光,竟然也可以用來冷卻傳感器中的薄膜嗎?

早在400年前,來自德國的天文學家Johannes Kepler便提出一個名叫「太陽帆」的概念,製造一個在太空中遨遊的帆船。他懷疑光被物體反射時會產生力,這個概念也可以解釋為什麼彗星的尾巴總是指向遠離太陽的方向。

如今,科學家們利用光的反作用力,來減緩或是冷卻原子和其他粒子。通常,這種冷卻與緩速技術需要通過複雜的裝置來執行。然而,來自巴賽爾大學的研究人員開發出了新技術,僅僅使用雷射光就成功將傳感器薄膜冷卻至近絕對零度的溫度。

「這項技術的可貴之處在於,我們無須進行任何測量就可以進行冷卻。」第一作者Maryse Ernzer說道。

根據量子力學,通常需要對反饋環路進行測量,才可以對量子態進行干擾。為了避免這種狀況,研究團隊開發了一種「相干涉反饋環路」(Coherent Feedback Loop),其中雷射光既充當傳感器,也充當阻尼器。通過這種方式,他們成功抑制並冷卻了尺寸約為半毫米的硝酸矽薄膜的熱震動。

在他們實驗中,研究人員將雷射照射至薄膜,並將薄膜反射的光輸出光纖電纜。在此過程中,膜的震動導致反射光的震盪相位發生微小變化。然後,使用該振盪階段中包含的膜瞬時運動狀態的信息,並有一定的時間延遲,以便在正確的時刻用相同的激光對膜施加適量的力。

「這有點像是在正確的時間,用外力短暫接觸地面來減慢揮桿速度。」Maryse Ernzer解釋道。

這個研究對於傳感器的應用有著重大的幫助,除了可實現更高的測量精度,也可以用於奈米解析度的掃描技術(原子力顯微鏡)。下一步,研究人員希望盡可能使膜達到更低的溫度,並創造所謂膜的擠壓狀態,將對於構建優化的傳感器有著巨大影響。

資料來源:Phys.org

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