近日，華東師範大學精密光譜科學與技術國家重點實驗室教授武海斌團隊實現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，實現了單缸隨機熱機，發現了關聯對做功的重要性，更重要的是實現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。該成果近日發表於《科學進展》。
傳統熱機將化學能透過燃燒轉化為內能再轉化為機械能對外做功。近年來，基於光力學的熱機具有極大優勢，能夠在量子區域進行深入操作。然而，實現光學和力學振子的強耦合以及精確調控具有挑戰性，很難實現光力學熱機。
研究人員在實驗中透過在光學腔內放置兩片奈米尺度的氮化矽薄膜，利用腔內光場的輻射壓力實現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境，透過同時控制振子頻率和熱庫，利用系統的本徵模式作為做功媒介，實現了隨機Otto迴圈熱機，包括絕熱膨脹、低溫熱化、絕熱壓縮和高溫熱化四個衝程。透過對兩個微納振子運動模式的實時測量，得到本徵模式的實時聲子數，分析了單缸Otto熱機的熱力學迴圈和做功效率。
同時，研究人員發現兩個力學振子之間的關聯效應在做功衝程中十分重要。研究人員表示，耦合光力系統具有極大的優勢，透過精確調控耦合系統的本徵模式，使兩支本徵模式在一個熱機迴圈中交替做功，進一步實現了雙缸隨機熱機。
該實驗可推廣到更為複雜的熱機陣列，有助於研究有限時間量子熱力學以及進一步提高輸出功率和做功效率。（黃辛）
相關論文資訊：https://doi.org/10.1126/sciadv.abl7740
來源： 中國科學報
