一种用激光冷却膜的新技术

使用一种新技术，巴塞尔大学的研究人员仅使用激光就成功地将小膜冷却到接近绝对零度的温度。例如，这种极冷的膜可以在高灵敏度传感器中找到应用。

早在400年前，德国天文学家约翰内斯·开普勒（Johannes Kepler）就提出了太阳帆的想法，这种太阳帆可以被船只用来在宇宙中航行。他怀疑光在被物体反射时会产生力。这个概念也使他能够解释为什么彗星的尾巴指向远离太阳的地方。

如今，科学家利用光力等来减缓和冷却原子和其他粒子。通常，需要复杂的设备来执行此操作。巴塞尔大学的一组研究人员，由Philipp Treutlein教授和Patrick Potts教授领导，现在已经成功地将晶圆薄膜冷却到接近零下273.15摄氏度的绝对零度，只使用激光。他们最近在《物理评论X》杂志上发表了他们的研究结果。

在巴塞尔实验中，激光束被引导到膜上（中间为正方形）。使用反射的激光，由光纤电缆（紫色）延迟，然后将膜冷却到绝对零度以上的千分之一度以下。

无需测量的反馈

“我们的方法之所以特别，是因为无需进行任何测量即可实现这种冷却效果，”物理学家Maryse Ernzer说，他是博士生，也是该研究论文的第一作者。根据量子力学定律，反馈回路中通常需要的测量会导致量子态的变化，从而导致干扰。

为了避免这种情况，巴塞尔的科学家们开发了一种所谓的相干反馈回路，其中激光既充当传感器又充当阻尼器。通过这种方式，他们抑制和冷却了由硝酸硅制成的膜的热振动，其尺寸约为半毫米。

在他们的实验中，研究人员将激光束引导到膜上，并将膜反射的光馈入光纤电缆。在这个过程中，膜的振动导致反射光的振荡相位发生微小变化。然后使用振荡阶段中包含的膜瞬时运动状态信息，通过时间延迟，在正确的时刻使用相同的激光在膜上施加适量的力。

“这有点像在正确的时间用脚短暂地接触地面来减慢秋千的速度，”Ernzer解释说。为了达到大约100纳秒的最佳延迟，研究人员使用了一根30米长的光纤电缆。

接近绝对零度

“Potts教授和他的合作者对新技术进行了理论描述，并计算了我们可以期望达到最低温度的设置;然后被实验证实，“Manel Bosch Aguilera博士说，他作为博士后为这项研究做出了贡献。他和他的同事们能够将膜冷却到480微开尔文 - 比绝对零度的温度高出不到千分之一度。

在下一步中，研究人员希望改进他们的实验，使膜达到尽可能低的温度 - 即膜振荡的量子力学基态。之后，还应该可以创建所谓的膜挤压状态。这种状态对于构建传感器特别有趣，因为它们允许更高的测量精度。这种传感器的可能应用包括原子力显微镜，用于以纳米分辨率扫描表面。

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