利用激光冷却小薄膜到接近绝对零度

巴塞尔大学的研究人员开发出一种新技术，仅用激光就能成功地将小膜冷却到接近绝对零度的温度。例如，这种极度冷却的薄膜可应用于高灵敏度传感器。几个世纪前，确切地说是大约 400 年前，著名的德国天文学家约翰内斯-开普勒（Johannes Kepler）设想了太阳帆的概念，他认为这些风帆可以推动船只穿越宇宙。 1T,Bd!g  
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开普勒的理论认为，光被物体反射时会产生一种力。这一观点也为彗尾总是指向远离太阳的现象提供了解释。 n|QA\,=  
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如今，科学家们利用光的作用力来减缓原子和其他粒子的速度并使其冷却。通常情况下，要做到这一点需要一个复杂的仪器。现在，由 Philipp Treutlein 教授和 Patrick Potts 教授领导的巴塞尔大学研究小组只用激光就成功地将一层薄薄的膜冷却到接近绝对零度零下 273.15 摄氏度。他们最近在科学杂志《物理评论 X》上发表了他们的研究成果。
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研究论文的第一作者、物理学家、博士生玛丽斯-恩泽（Maryse Ernzer）说："我们的方法之所以特别，是因为我们不需要进行任何测量就能实现这种冷却效果。根据量子力学定律，测量（通常是反馈回路的要求）会导致量子状态的改变，从而产生干扰。" IL*MB;0>  
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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，其中激光既是传感器，又是阻尼器。通过这种方式，他们抑制并冷却了由硝酸硅制成的薄膜的热振动，该薄膜的大小约为半毫米。 >Bm>/%2  
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在实验中，研究人员将一束激光照射到薄膜上，并将薄膜反射的光线输入光缆。在此过程中，膜的振动导致反射光的振荡相位发生微小变化。然后，利用振荡相位中包含的膜瞬时运动状态信息，加上时间延迟，在适当的时刻用同样的激光对膜施加适当的力。 zrtbk~v8y  
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恩泽解释说："这有点像在适当的时候用脚短暂接触地面，从而减缓秋千的速度。为了实现约 100 纳秒的最佳延迟，研究人员使用了一条 30 米长的光纤电缆。" ]@}@G[e#[  
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"波茨教授和他的合作者对这项新技术进行了理论描述，并计算出了我们有望达到最低温度的设置；实验证实了这一点"，作为博士后参与这项研究的马内尔-博斯奇-阿奎莱拉博士说。他和他的同事能够将膜冷却到 480 微开尔文--比绝对零度高出不到千分之一。 :c[T@[  
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下一步，研究人员希望改进他们的实验，使膜达到可能的最低温度--即膜振荡的量子力学基态。在此之后还能创造出所谓的膜挤压态。这种状态对制造传感器特别有意义，因为它们可以实现更高的测量精度。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。