華東師范大學精密光譜科學與技術國家重點實驗室武海斌教授團隊實現(xiàn)了微納尺度光力振子的隨機光力熱機，利用強耦合條件下簡正模式為熱機的工作介質(zhì)，實現(xiàn)了單缸隨機熱機，發(fā)現(xiàn)了關聯(lián)對做功的重要性，更重要的是還實現(xiàn)了雙缸隨機光力熱機，對在小體系下研究隨機和量子熱機具有重要意義。

該成果以“Realization of a coupled-mode heat engine with cavity-mediated nanoresonators”為題于12月8日發(fā)表在Science Advances 上。華東師范大學為論文的完成單位。紫江青年盛繼騰研究員為該工作第一作者，武海斌教授為論文的通訊作者。

光力學熱機能夠在量子區(qū)域進行深入操作

熱機在人類發(fā)展史上具有里程碑的意義，它的出現(xiàn)直接引發(fā)了第一次工業(yè)革命，極大推動了人類社會發(fā)展的進程。傳統(tǒng)熱機是將化學能通過燃燒轉化為內(nèi)能再轉化為機械能對外做功，該過程有大量粒子參與，其規(guī)律可以用經(jīng)典熱力學解釋。

近年來隨著微納制造和激光技術的突飛猛進，如何實現(xiàn)微納尺度甚至原子尺度的熱機成為重要的交叉科學前沿，不僅是隨機熱力學和量子熱力學的關鍵問題，而且對未來的生物、醫(yī)藥、能源等領域有重要應用前景。

其中基于光力學的熱機具有極大的優(yōu)勢，能夠在量子區(qū)域進行深入操作，吸引了領域的廣泛關注，然而由于實現(xiàn)光學和力學振子的強耦合以及精確調(diào)控挑戰(zhàn)性很難實現(xiàn)光力學熱機。

實現(xiàn)了雙缸隨機熱機 可推廣到更復雜的熱機陣列

在實驗中，通過在光學腔內(nèi)放置兩片納米尺度的氮化硅薄膜，利用腔內(nèi)光場的輻射壓力實現(xiàn)兩個微納機械振子的強耦合。兩片光力振子具有各自獨立的熱庫環(huán)境，通過同時控制振子頻率和熱庫，利用系統(tǒng)的本征模式作為做功媒介，實現(xiàn)了隨機Otto循環(huán)熱機，包括絕熱膨脹、低溫熱化、絕熱壓縮和高溫熱化四個沖程。

(A)兩片通過光力耦合的微納薄膜構成的實驗裝置；(B)強耦合體系的兩支本征模式呈現(xiàn)抗交叉效應(anti-crossing); (C)本征模式構建的四沖程Otto熱機循環(huán)