近日，華東師范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(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《科學進展》。

傳統(tǒng)熱機將化學能通過燃燒轉(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)光學和力學振子的強耦合以及精確調(diào)控具有挑戰(zhàn)性，很難實現(xiàn)光力學熱機。

研究人員在實驗中通過在光學腔內(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、低溫熱化、絕熱壓縮和高溫熱化四個沖程。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熱機的熱力學循環(huán)和做功效率。

同時，研究人員發(fā)現(xiàn)兩個力學振子之間的關聯(lián)效應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雜的熱機陣列，有助于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)

關鍵詞： 華東師范大學 光力學隨機熱機 微納尺度光力振子 單缸隨機熱機