大阪大学
超流氦中的光俘获示意图
信用:箕轮义信，约介 大阪大学工程科学研究生院的科学家首次在超流氦中使用光镊
通过一束强烈聚焦的光束，他们证明了在超低温下纳米粒子的稳定捕获
这项工作可能有助于科学家更好地理解区分经典效应和量子效应的概念边界
研究量子力学的奇异世界通常是困难的，因为一些最有趣的现象只有在极端条件下才会发生
例如，当氦被冷却到非常低的温度时，它可以形成超流态，流动时没有粘性或摩擦
这种变化是由于物质的量子“波状”性质，其中超冷的氦原子开始协调，表现得几乎像一个单一的粒子
虽然超流氦的存在早已为人所知，但它与较大物体相互作用的方式尚未得到充分研究
现在，大阪大学的一组研究人员使用光镊操纵悬浮在超流氦中的纳米粒子
他们能够利用这种光学俘获效应将金属和电介质纳米粒子限制在只有1
绝对零度以上4度
“这个实验是光镊在超低温下的第一次成功应用，因为我们在零下271摄氏度下工作，”第一作者约介·箕轮义信说
被捕获的纳米粒子是由10到80纳米大小的金或氧化锌制成的，可以悬浮长达30分钟
光镊允许使用来自激光的强聚焦光束对微小的纳米粒子进行三维限制
光线就像“牵引光束”，这种方法广泛应用于物理、化学、生物和医学研究
正常情况下，光镊在室温下工作，但这项研究为新的低温应用开辟了道路
“我们的工作能够探索量子流体和经典纳米材料之间前所未有的相互作用，”箕轮义信说
在超流氦中，出现了被称为漩涡的微小漩涡，但每个漩涡只能在一定的允许值下旋转
在未来，纳米粒子可能被用来可视化甚至控制这些漩涡
这项研究可能有助于更好地理解量子领域和熟悉的物理定律之间的过渡
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