近日，華東師范大學(xué)精密光譜科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室教授武海斌團隊實現(xiàn)了微納尺度光力振子的隨機光力熱機，利用強耦合條件下簡正模式為熱機的工作介質(zhì)，實現(xiàn)了單缸隨機熱機，發(fā)現(xiàn)了關(guān)聯(lián)對做功的重要性，更重要的是實現(xiàn)了雙缸隨機光力熱機，對在小體系下研究隨機和量子熱機具有重要意義。該成果近日發(fā)表于《科學(xué)進展》。

傳統(tǒng)熱機將化學(xué)能通過燃燒轉(zhuǎn)化為內(nèi)能再轉(zhuǎn)化為機械能對外做功。近年來，基于光力學(xué)的熱機具有極大優(yōu)勢，能夠在量子區(qū)域進行深入操作。然而，實現(xiàn)光學(xué)和力學(xué)振子的強耦合以及精確調(diào)控具有挑戰(zhàn)性，很難實現(xiàn)光力學(xué)熱機。

研究人員在實驗中通過在光學(xué)腔內(nèi)放置兩片納米尺度的氮化硅薄膜，利用腔內(nèi)光場的輻射壓力實現(xiàn)兩個微納機械振子的強耦合。兩片光力振子具有各自獨立的熱庫環(huán)境，通過同時控制振子頻率和熱庫，利用系統(tǒng)的本征模式作為做功媒介，實現(xiàn)了隨機Otto循環(huán)熱機，包括絕熱膨脹、低溫?zé)峄⒔^熱壓縮和高溫?zé)峄膫€沖程。通過對兩個微納振子運動模式的實時測量，得到本征模式的實時聲子數(shù)，分析了單缸Otto熱機的熱力學(xué)循環(huán)和做功效率。

同時，研究人員發(fā)現(xiàn)兩個力學(xué)振子之間的關(guān)聯(lián)效應(yīng)在做功沖程中十分重要。研究人員表示，耦合光力系統(tǒng)具有極大的優(yōu)勢，通過精確調(diào)控耦合系統(tǒng)的本征模式，使兩支本征模式在一個熱機循環(huán)中交替做功，進一步實現(xiàn)了雙缸隨機熱機。

該實驗可推廣到更為復(fù)雜的熱機陣列，有助于研究有限時間量子熱力學(xué)以及進一步提高輸出功率和做功效率。(黃辛)

關(guān)鍵詞： 華東師范大學(xué) 光力學(xué)隨機熱機 微納尺度光力振子 單缸隨機熱機