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美高校开发出基于光子学的新型传感技术,实现了量子领域一大突破
罗纳尔多 2017-09-02
导语

“量子物理学有其独特的规则,不同于我们熟悉的日常物理宇宙。”

来自美国罗切斯特理工学院(RIT)的研究人员开发出一种新型传感技术,与现有传感技术相比,能够更精确地捕获数据,且体积更加轻小,成本更加便宜。该研究由美国海军研究办公室资助。

图为光学俘获示意图

▍项目情况

该研究为期三年,资助经费共55万美元。RIT的Bhattacharya研究员在纳米尺度上测量了光与物质之间的相互作用,并且分析测量了弱电磁场和重力作用。

原理

纳米颗粒的光悬浮特性使之能够在空间中浮动,精细聚焦的激光束将形成“光学镊子”,并创建一个微小的隔离实验室用于研究微妙的量子态。RIT的Mishkat Bhattacharya教授及其合作者Nick Vamivakas利用此实验平台验证了他们的理论假设。Bhattacharya教授从事新型光悬浮领域的工作,这是一个利用激光光束约束纳米粒子的物理学领域。

激光俘获

激光俘获,又称“激光镊子”,可以检测在隔离和消除周围物理干扰时量子效应的极限。通过使用激光捕获技术,Bhattacharya教授探测了纳米粒子的量子效应,将量子力学带入到新的更高水平,纳米粒子中包含了数十亿个原子。他将量子力学(解释微观世界现象)与经典物理学(解释宏观世界现象)相结合,并探讨了宏观量子物理学中的光物质相互作用。

对比试验

Bhattacharya教授表示:“光悬浮系统为研究量子光学、信息科学、精密测量和传感提供了一个良好的平台。”为了探索海军研究办公室中不同的纳米系统,Bhattacharya教授将一个纳米金刚石隔离在一束激光当中,激光使纳米颗粒转变成了一个悬浮的探针。Bhattacharya教授对光的特性以及纳米颗粒周围的电磁场和重力信息感兴趣。他与合作伙伴Pardeep Kumar博士、物理专业Wyatt Wetzel合作共同测试验证了其理论预测。他在海军研究办公室的首项研究成果是确定了能够用悬浮的钻石晶体检测的最小的力的大小。新项目研究了三个纳米系统的实验结果,每个系统都在不同的条件下俘获纳米粒子,分别为:

对磁场自旋敏感或对电场的过量电荷敏感的含有杂质的粒子;

在三维空间中摆动的粒子;

波长大于可俘获阈值的粒子;

意义

量子力学是纳米级世界的一扇大门,受到不同的物理规律的约束。Bhattacharya说:“量子物理学有其独特的规则,不同于我们熟悉的日常物理宇宙。”光力学探讨了纳米领域内轻物质与微粒之间的相互作用。传感技术在这些亚微观尺度上得到了进一步的发展,我们可以对世界的物理特性进行更精细的测量,如电场、磁场、温度、力、速度、速度、重力等。据Bhattacharya描述,量子传感器有望实现检测引力波,发现暗物质。

(本文来源:大国重器——聚焦世界军用电子元器件;)

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  • 光学镊子
  • 光悬浮
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作者 罗纳尔多

学生

北京理工大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科

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