物理学家使用激光来冷却硅芯片中行进的声波

用光冷却声波需要将声能转换为光能，从而改变光的颜色。（图片来源：埃里克·基特劳斯（Eric Kittlaus）和尼尔斯·奥特斯特罗姆（Nils Otterstrom）

耶鲁大学的科学家发现，激光可以用来冷却硅芯片中传播的声波。他们的发现发表在11月27日的《物理评论X》在线版上。

在过去的几十年中，使用激光冷却原子云的能力彻底改变了原子物理学，导致发现新的物质状态和更好的原子钟。激光冷却依赖于这样一个事实，即光子或光粒子会携带动量，并可能对其他物体施加作用力。

这些技术最近已被采用来减慢或冷却由数十亿个原子组成的机械振荡器。这种类型的冷却已成为探索机械物体的量子特性并减少可能破坏精度测量的噪声形式的一种使能技术。

耶鲁大学的研究人员通过展示如何利用光来冷却固体材料中传播的声波，扩展了这些现象。为此，研究人员开发了一种特殊类型的纳米级硅结构，该结构允许传播的光波和声波相互作用。

耶鲁大学应用物理学副教授彼得·拉基奇（Peter Rakich）说：“通过调整这些波导的光学和声学特性，我们能够增强和塑造光与声之间的相互作用。”“这是使我们能够减少热激发声波携带的能量的关键。”

当光子与在固体中传播的声波相互作用时，它会散射到不同颜色的光。当光子发生红移时，它会损失一部分能量，将其传递给声波。同时，光吸收声能并将其作为蓝移光子带走。第二个过程减慢了声波的运动，使声波处于较低的有效温度。

通常，这两个相反的过程将抵消并平衡。但是，耶鲁大学的研究人员设计了一种波导，其中某些声波仅经历冷却过程。耶鲁大学博士学位的埃里克·基特劳斯（Eric Kittlaus）表示：“我们称这种对称性破裂，是控制冷却过程的基本要素。”学生和该研究的合著者。

第一作者耶鲁大学博士学位的尼尔斯·奥特斯特伦（Nils Otterstrom）。这位学生指出，研究人员对冷却效果的强度感到惊讶。他说，它带领团队开发了严格的理论框架来理解现象，并提出了系统的实验研究。

Otterstrom说：“我们现在有了一个旋钮，使我们能够控制新兴芯片规模技术的核心过程，包括新型激光器，陀螺仪和信号处理系统。”

Rakich补充说：“我们对这项工作的发展方向感到非常兴奋。现在，我们能够以前所未有的方式，对大量对通信，信息处理和测量至关重要的系统中的噪声进行处理和控制。”

耶鲁大学前研究员Ryan Behunin是该研究的合著者，他现在在北亚利桑那大学工作。

出版物：Nils T.Otterstrom等人，“连续系统中的光机械冷却”，《物理评论》第十期，2018年； doi：10.1103 / PhysRevX.8.041034