2008年10月1日
或多重多大一个对象可以在失去其量子特性和服从经典物理学定律吗?这个问题驱动全球许多研究小组。答案仍然是目前没有系统允许观察微小的量子效应在宏观对象签名。
玻璃microresonator(蓝色)结合了世界上最好的光学和力学性能。一方面它存储的光子可以传播其外缘几百几千次离开前一遍。最终新兴光子允许非常准确的测量的机械谐振器的振动。玻璃结构的优化支持通过四个nano-spokes强烈机械振动将其环境。兴奋的机械模式可以振荡衰减之前80的000倍。
这部小说系统发达英里/加仑初级研究小组“光子学实验室”为首的托拜厄斯博士Kippenberg可以解决这个问题(自然光子学、DOI 10.1038 / nphoton.2008.199提前在线出版,2008年9月28日)。科学家们成功地开发一个微米尺寸优化的机械和光学质量的芯片上的谐振器,允许即使这些量一般有对立的要求。系统结合了世界上最好的光学和机械相干属性及其灵敏度可用于基础研究探索等有形的微米尺寸的量子行为对象以及应用,如进一步提高频率和时间标准。
上个世纪初的开创性工作的海森堡生了量子力学的理论。它规定的机械运动是量子化的,从电子在原子核周围的微观运动的宏观行为日常用品。直到1986年,海森堡的初始工作超过60年后,单个电子的量子跳跃导致原子的发射光谱特征可以直接观察。十年后,激光技术和量子光学的进展允许也观察非经典的动态状态单独离子被困,可100的比电子重000倍。但是一直保持一个基本问题:为什么不还大的对象,我们处理在日常生活中遵循量子力学的规则但表现出经典来代替呢?
通常假定脱散阻止我们观察量子效应在宏观物体。退相干包容与环境的交互影响,最终破坏单个系统的量子行为,孤立——预期行为根据量子力学定律。今天,量子力学效应从未被观察到在有形,介观振荡器,即对象数以万亿计的原子组成。这一目标需要一个组合的孤立的机械系统和一个连贯的读出技术的灵敏度足以观察量子效应。
石英振荡器用于例如手表展示机械一致性高,从而满足前标准。电路用于读出他们的机械运动,然而,目前无法提供足够的敏感性使得这条路线可能对观察量子效应几乎不可逾越。许多研究小组因此追求高度相干和量子光学机械系统相结合的方法,提供了极其高的灵敏度。但是这种方法面临着挑战,光学和机械连贯性的要求经常互相反对。
Tobias Kippenberg博士集团首次成功可以把世界上最好的光学和机械相干属性在单个芯片上的谐振器。在他们的实验中科学家们使用玻璃环形谐振器的直径约75µm安装在一个硅芯片生产无尘室的路德维希-马克西米利安-慕尼黑(LMU) Jorg Kotthaus和Jochen Feldmann教授教授的椅子。通过玻璃纳米纤维激光耦合环形线圈。
光学和机械的强耦合自由度呈现这些结构非常特殊。系统可以存储光,即光子,绕环,如果它的波长“适合”进入环形线圈,当环的周长是波长的整数倍数。机械振荡调节螺旋管的周长,因此印自己的光学共振频率。另一方面,循环光子在螺旋管指向径向向外施加一个力。
机械谐振器的固有模式经验摩擦部队不同的起源,确定环境耦合导致脱散。机械夹紧结构的支持在这一过程中起着非常重要的作用。不同的机械模式的实验表明,环形线圈可以彼此和支持复杂的方式。阐明这种耦合是理解的关键摩擦造成的损失。这可以大大减少安装硅片上的环形线圈通过玻璃“nano-spokes”。通过优化几何,即辐条长度和宽度的雷米河和Georg Anetsberger,该研究的主要作者,“裁缝”的ei-genmodes谐振器减少夹紧导致1000倍的损失。
因此优化microtoroids可以存储为成千上万的光子轨道。同时他们执行80 000年机械振动在这些腐烂之前由于与环境的交互。该系统在某种意义上可以比作石英振荡器,可以由光(而不是电流)和读出光谐振电路。
“这是第一个系统允许控制光学和机械自由度在芯片级设备。第一次我们能够结合超越那些实现在纳米力学品质因素和微电子值最高的光学质量”,Georg Anetsberger说。这代表了一个重要一步观察量子力学效应的长期目标macro-scopic振荡器。但除了基本的重要性,这项研究也可能im-pact技术。机械石英振荡器无处不在在科学和技术的核心和理解耗散是服务业方面的任何改善振荡器的稳定性为计时——欧洲杯线上买球无论是在手表或飞轮原子钟。