华东师范大学实现光力学随机热机 发现关联对做功的重要性

近日，华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室教授武海斌团队实现了微纳尺度光力振子的随机光力热机，利用强耦合条件下简正模式为热机的工作介质，实现了单缸随机热机，发现了关联对做功的重要性，更重要的是实现了双缸随机光力热机，对在小体系下研究随机和量子热机具有重要意义。该成果近日发表于《科学进展》。

传统热机将化学能通过燃烧转化为内能再转化为机械能对外做功。近年来，基于光力学的热机具有极大优势，能够在量子区域进行深入操作。然而，实现光学和力学振子的强耦合以及精确调控具有挑战性，很难实现光力学热机。

研究人员在实验中通过在光学腔内放置两片纳米尺度的氮化硅薄膜，利用腔内光场的辐射压力实现两个微纳机械振子的强耦合。两片光力振子具有各自独立的热库环境，通过同时控制振子频率和热库，利用系统的本征模式作为做功媒介，实现了随机Otto循环热机，包括绝热膨胀、低温热化、绝热压缩和高温热化四个冲程。通过对两个微纳振子运动模式的实时测量，得到本征模式的实时声子数，分析了单缸Otto热机的热力学循环和做功效率。

同时，研究人员发现两个力学振子之间的关联效应在做功冲程中十分重要。研究人员表示，耦合光力系统具有极大的优势，通过精确调控耦合系统的本征模式，使两支本征模式在一个热机循环中交替做功，进一步实现了双缸随机热机。

该实验可推广到更为复杂的热机阵列，有助于研究有限时间量子热力学以及进一步提高输出功率和做功效率。(黄辛)

关键词： 华东师范大学 光力学随机热机 微纳尺度光力振子 单缸随机热机