新型納米裝置將光子變?yōu)闄C(jī)械能

研究人員日前研制出一種納米裝置，能夠在遭遇激光時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。這種設(shè)備非常靈敏，甚至能夠感知單個(gè)光子的能量。研究人員相信，它將加速光學(xué)通訊系統(tǒng)的發(fā)展，同時(shí)幫助科學(xué)家更為精密地探知物質(zhì)的一些基本屬性。
      據(jù)美國(guó)《科學(xué)》雜志在線新聞報(bào)道，偏振光束似乎沒(méi)有實(shí)現(xiàn)機(jī)械功的能力（這是因?yàn)楣庾幼鳛楣獠ǖ妮d體是沒(méi)有質(zhì)量的），但是它們?cè)谠铀缴蠀s能夠達(dá)到一個(gè)驚人的數(shù)量。例如，科學(xué)家目前已經(jīng)能夠利用激光捕捉、控制及操作單個(gè)的原子。現(xiàn)在的問(wèn)題是相同的原理是否能夠作用于納米量級(jí)——其成分要比原子水平大得多，但在大小上仍然僅相當(dāng)于一米的十億分之一。

      這也正是美國(guó)帕薩迪納市加利福尼亞州理工學(xué)院（Caltech）的一個(gè)研究小組試圖要解決的問(wèn)題。首先，研究人員制造了一對(duì)外部覆蓋著硅微芯片材料的厚度僅為幾百納米的支架。隨后，他們利用化學(xué)手段在每個(gè)支架的表面腐蝕了一連串的小洞。研究小組將這一裝置稱(chēng)為“拉鏈空穴”，這是因?yàn)樗c一個(gè)拉鏈看起來(lái)很像。研究人員在5月14日出版的《自然》雜志上報(bào)告說(shuō)，這些小洞能夠引導(dǎo)和捕捉激光束的能量，同時(shí)使裝置產(chǎn)生振動(dòng)。而振動(dòng)的頻率取決于激光轟擊支架的強(qiáng)度，參與該項(xiàng)研究的Caltech的物理學(xué)家Oskar Painter這樣表示。

      這一裝置的表現(xiàn)就像是一部音頻揚(yáng)聲器，后者隔膜的振動(dòng)取決于放大器傳送的電子信號(hào)的強(qiáng)度。相反，像擴(kuò)音器一樣，拉鏈空穴能夠通過(guò)自身的振動(dòng)改變光的強(qiáng)度。Painter指出，總體而言，這些功能使得拉鏈空穴能夠扮演一部完全由光控制的微型無(wú)線電發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的角色，但它同時(shí)要比類(lèi)似大小的電子裝置擁有更大的操作范圍。

      德國(guó)加興市馬普學(xué)會(huì)量子光學(xué)研究所的物理學(xué)家Tobias Kippenberg表示，科學(xué)家可以利用這種納米量級(jí)的裝置探究物質(zhì)在量子范圍的屬性，而這是普通電子裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。Painter解釋說(shuō)，由于這種裝置的振動(dòng)發(fā)生頻率在每秒鐘1000萬(wàn)次到1.5億次之間，因此能夠極大地改善原子力顯微鏡的分辨能力。用這種裝置來(lái)研究分子和原子，每秒鐘可以完成數(shù)千次操作。Kippenberg表示：“這種裝置在基礎(chǔ)研究和新應(yīng)用上都具有光明的前景。”