清華量子信息中心發(fā)現(xiàn)光懸浮納米金剛石扭動(dòng)模式運(yùn)動(dòng)

清華新聞網(wǎng)9月21日電 清華大學(xué)交叉信息研究院量子信息中心尹璋琦助理研究員與美國(guó)普渡大學(xué)合作，在實(shí)驗(yàn)中首次看到光懸浮納米金剛石扭動(dòng)模式的運(yùn)動(dòng)，并提出利用腔光力學(xué)的手段冷卻這個(gè)模式。研究論文《懸浮非球形納米粒子的扭動(dòng)光力學(xué)》（Torsional Optomechanics of a Levitated Nonspherical Nanoparticle）近日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上，并入選了編輯推薦，同時(shí)被《物理》雜志作為同期評(píng)述亮點(diǎn)。 

   納米金剛石的掃描電鏡圖像，長(zhǎng)度單位為100納米。

用腔模來(lái)冷卻懸浮納米粒子的扭動(dòng)模的理論方案。

光力學(xué)研究光與力學(xué)振子的相互作用，在精密測(cè)量、量子物理和量子信息技術(shù)上都有重要的應(yīng)用。以往大部分的光力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究只涉及到振子質(zhì)心自由度平動(dòng)與光場(chǎng)的耦合，而關(guān)于宏觀機(jī)械振子的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度與光的相互作用，還很少見到實(shí)驗(yàn)或者理論的研究。

清華大學(xué)交叉信息院尹璋琦助理研究員與美國(guó)普渡大學(xué)李統(tǒng)藏教授組合作，在光束縛納米金剛石系統(tǒng)中觀察到了扭動(dòng)自由度的運(yùn)動(dòng)，扭動(dòng)模式的頻率比同一系統(tǒng)質(zhì)心平動(dòng)模式頻率大一個(gè)量級(jí)以上，衰減率也與之大致相當(dāng)。他們還從理論上研究了用光學(xué)腔對(duì)扭動(dòng)模式進(jìn)行冷卻的效率與極限，以及冷卻到量子基態(tài)所需的條件。此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)對(duì)未來(lái)實(shí)現(xiàn)宏觀系統(tǒng)的量子疊加態(tài)，以及對(duì)測(cè)量單個(gè)電子甚至原子核自旋帶來(lái)的微小扭矩都有重要的價(jià)值。

《物理評(píng)論快報(bào)》是美國(guó)物理協(xié)會(huì)(APS)出版的物理綜合類高水平權(quán)威期刊。論文的第一作者泰·宏（Thai M. Hoang）是李統(tǒng)藏教授的博士后，第二作者馬越是清華大學(xué)物理系大四本科生，她在尹璋琦博士的指導(dǎo)下參與了實(shí)驗(yàn)的理論分析。李統(tǒng)藏教授與尹璋琦助理研究員是論文的共同通訊作者。此項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。

論文鏈接：

http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.117.123604

供稿：交叉信息學(xué)院 編輯：李華山