华东师大实现光力学随机热机

华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室武海斌教授团队实现了微纳尺度光力振子的随机光力热机，利用强耦合条件下简正模式为热机的工作介质，实现了单缸随机热机，发现了关联对做功的重要性，更重要的是还实现了双缸随机光力热机，对在小体系下研究随机和量子热机具有重要意义。

该成果以“Realization of a coupled-mode heat engine with cavity-mediated nanoresonators”为题于12月8日发表在Science Advances 上。华东师范大学为论文的完成单位。紫江青年盛继腾研究员为该工作第一作者，武海斌教授为论文的通讯作者。

光力学热机能够在量子区域进行深入操作

热机在人类发展史上具有里程碑的意义，它的出现直接引发了第一次工业革命，极大推动了人类社会发展的进程。传统热机是将化学能通过燃烧转化为内能再转化为机械能对外做功，该过程有大量粒子参与，其规律可以用经典热力学解释。

近年来随着微纳制造和激光技术的突飞猛进，如何实现微纳尺度甚至原子尺度的热机成为重要的交叉科学前沿，不仅是随机热力学和量子热力学的关键问题，而且对未来的生物、医药、能源等领域有重要应用前景。

其中基于光力学的热机具有极大的优势，能够在量子区域进行深入操作，吸引了领域的广泛关注，然而由于实现光学和力学振子的强耦合以及精确调控挑战性很难实现光力学热机。

实现了双缸随机热机 可推广到更复杂的热机阵列

在实验中，通过在光学腔内放置两片纳米尺度的氮化硅薄膜，利用腔内光场的辐射压力实现两个微纳机械振子的强耦合。两片光力振子具有各自独立的热库环境，通过同时控制振子频率和热库，利用系统的本征模式作为做功媒介，实现了随机Otto循环热机，包括绝热膨胀、低温热化、绝热压缩和高温热化四个冲程。

(A)两片通过光力耦合的微纳薄膜构成的实验装置；(B)强耦合体系的两支本征模式呈现抗交叉效应(anti-crossing); (C)本征模式构建的四冲程Otto热机循环