【前沿】激光冷却技术发展历程及最新进展浅析

2013-02-25 10:27

　　2、激光冷却电子云

　　研究人员开发出一种新颖的激光冷却半导体膜技术，为以后冷却超敏传感器和量子计算机铺平了道路。

　　来自Neils玻尔研究所Quantop研究小组的研究人员在过去的几年间进行了激光冷却原子的实验来研究光力学，即机械运动与光辐射及光之间的关系。

　　科学家开发出新的制冷方法，该方法通过加热材料，这与量子力学和纳米物理学相悖。他们制作了160 nm厚和表面积为1×1毫米的半导体纳米薄膜。

　　“我们让纳米膜与激光相互作用，通过其机械运动影响击中薄膜的光，”玻尔研究所的副教授Koji Usami说。

　　研究小组发现利用镜片将薄膜发射回来的光再次反射回薄膜，这个过程反复进行，形成一个光学谐振腔。这种方法能够将薄膜冷却到负269摄氏度。

　　薄膜吸收的一部分光用来产生自由电子。当自由电子减少时，研究人员加热薄膜，形成热扩散。通过这种方式，在薄膜和镜子间不断波动。

　　研究人员注意到薄膜的某些振荡方式从室温被冷却到负269摄氏度，通过复杂的光学共振态，薄膜运动和半导体属性之间的作用。

研究人员展示半导体薄膜

　　“这是一种新的光力学机制，对以后新的发现致关重要”Usami说。“相矛盾的是薄膜整体获得一点热量，薄膜就会在振荡中被冷却，这种冷却方式可以通过激光控制。所以是通过加热材料来使材料冷却。”

　　这一发现将促进新式电流和机械传感器的发展。在某种情况下，将取代目前使用的昂贵的低温冷却方式，这可能形成极敏量子传感器，Polzik说。

　　3、激光冷却囚禁原子并进行操控

　　利用激光冷却并囚禁原子的技术，是物理学家获得冷原子的经典方法。这是人类有史以来第一次操控微观粒子。

　　2010年7月底，陈帅应邀前往澳大利亚参加第22届国际原子物理学会议。他惊讶地发现，会上提交的议题差不多都跟冷原子有关。有的用冷原子做精密测量，有的测量基本常数，有的测算时间，还有人提出用冷原子模拟凝聚态物理。

　　“冷原子好热啊。”陈帅感叹道。在他看来，假如人类尚未发现这项技术，恐怕当代物理学的很多研究都将停滞不前。

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