科技日報訊 瑞士巴塞爾大學(xué)物理學(xué)家開發(fā)出一種新的制冷技術(shù)，用超冷原子氣體作制冷劑，把一種膜振動冷卻到絕對零度以上1攝氏度之內(nèi)。這一技術(shù)可用于給量子機械系統(tǒng)制冷，有望讓量子物理實驗系統(tǒng)變得更大，并帶來新的精密檢測設(shè)備。相關(guān)論文發(fā)表在最近的《自然·納米技術(shù)》雜志上。

　　超冷原子氣體是目前最冷的物質(zhì)之一，是用激光束把原子陷落到一個真空室內(nèi)，使它們運動得越來越慢，由此溫度達到絕對零度以上不足百萬分之一攝氏度。在這種溫度下，原子服從量子物理法則：它們就像一個個小波包那樣來回運動，能同時處在多個位置并互相疊加。目前已有許多技術(shù)利用了這些特征，如原子鐘及其他精密檢測儀器。

　　在新研究中，巴塞爾大學(xué)物理系教授菲利普·圖特萊恩領(lǐng)導(dǎo)的研究小組就是用這種超冷氣體作為制冷劑，把一塊1毫米見方的振動膜冷卻到絕對零度以上不足1攝氏度。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，該膜是一塊50納米厚的氮化硅膜，上下振動就像一面小鼓的鼓皮。這種機械振動是永遠不會完全靜止的，它表現(xiàn)了一種熱振動，取決于膜的溫度。

　　由于原子極微小，迄今造出的最大原子云也只有幾十億個超冷原子組成，比一粒沙子包含的粒子數(shù)還少，所以原子云制冷的力量極為有限。

　　“這里的訣竅是，希望膜以何種模式振動，就把原子的全部制冷力量都集中到這種振動模式上?！毖芯啃〗M成員安德里亞·喬克爾說，原子和膜之間的相互作用由激光束引起，“激光對膜和原子產(chǎn)生了壓力，膜的振動改變了光對原子的壓力，反之亦然。”激光能跨越幾米遠的距離傳遞制冷效應(yīng)，所以原子云無需直接與膜接觸。這種連接作用還可以通過兩面鏡子組成的光學(xué)共振器放大，膜在兩面鏡子之間，就像三明治。在本實驗中，雖然薄膜包含的原子數(shù)是原子云的10億倍，研究人員還是觀察到了很強的制冷效應(yīng)。

　　以往科學(xué)家只是理論上提出，可以用光來連接超冷原子和機械振蕩。本研究是世界上首次在實驗中實現(xiàn)了這一系統(tǒng)，并用它來給振蕩物體制冷。研究人員指出，如果進一步改進該技術(shù)，還可能把膜振動制冷到量子力學(xué)基態(tài)。

　　對研究人員來說，用原子冷卻膜只是第一步。圖特萊恩說：“與光致作用相結(jié)合，能很好地控制原子的量子性質(zhì)，這為量子膜控開辟了新的可能。”人們有可能用相對宏觀的機械系統(tǒng)來做量子物理實驗，以前所未有的精確度檢測膜振動，反過來開發(fā)出針對微小力和質(zhì)量的新型傳感器。

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