《自然》：新型纳米装置将光子变为机械能

顾汉现

《自然》：新型纳米装置将光子变为机械能

发布时间：2009-5-18 8:26:31


《自然》：新型纳米装置将光子变为机械能
将加速光学通讯系统的发展，同时更精密地探知物质的基本属性




一个名为拉链空穴的小装置能够将激光变为机械能。
（图片提供:Matt Eichenfield，Jasper Chan/《自然》）

研究人员日前研制出一种纳米装置，能够在遭遇激光时产生振动。这种设备非常灵敏，甚至能够感知单个光子的能量。研究人员相信，它将加速光学通讯系统的发展，同时帮助科学家更为精密地探知物质的一些基本属性。

据美国《科学》杂志在线新闻报道，偏振光束似乎没有实现机械功的能力（这是因为光子作为光波的载体是没有质量的），但是它们在原子水平上却能够达到一个惊人的数量。例如，科学家目前已经能够利用激光捕捉、控制及操作单个的原子。现在的问题是相同的原理是否能够作用于纳米量级——其成分要比原子水平大得多，但在大小上仍然仅相当于一米的十亿分之一。

这也正是美国帕萨迪纳市加利福尼亚州理工学院（Caltech）的一个研究小组试图要解决的问题。首先，研究人员制造了一对外部覆盖着硅微芯片材料的厚度仅为几百纳米的支架。随后，他们利用化学手段在每个支架的表面腐蚀了一连串的小洞。研究小组将这一装置称为“拉链空穴”，这是因为它与一个拉链看起来很像。研究人员在5月14日出版的《自然》杂志上报告说，这些小洞能够引导和捕捉激光束的能量，同时使装置产生振动。而振动的频率取决于激光轰击支架的强度，参与该项研究的Caltech的物理学家Oskar Painter这样表示。

这一装置的表现就像是一部音频扬声器，后者隔膜的振动取决于放大器传送的电子信号的强度。相反，像扩音器一样，拉链空穴能够通过自身的振动改变光的强度。Painter指出，总体而言，这些功能使得拉链空穴能够扮演一部完全由光控制的微型无线电发射机和接收机的角色，但它同时要比类似大小的电子装置拥有更大的操作范围。

德国加兴市马普学会量子光学研究所的物理学家Tobias Kippenberg表示，科学家可以利用这种纳米量级的装置探究物质在量子范围的属性，而这是普通电子装置无法实现的。Painter解释说，由于这种装置的振动发生频率在每秒钟1000万次到1.5亿次之间，因此能够极大地改善原子力显微镜的分辨能力。用这种装置来研究分子和原子，每秒钟可以完成数千次操作。Kippenberg表示：“这种装置在基础研究和新应用上都具有光明的前景。”