冷卻奈米粒子　激光冷卻技術再革新

編譯／高晟鈞

對生活在地球上的眾多生物來說，對於世界最直接的感受應該就是溫度的變化了。而地球上的生命現象，正是大自然在一定的溫度環境下，孕育出來的傑出之作。

而溫度是什麼?對於平常人而言，可能意味著天氣；然而，對於物理學家而言，溫度其實代表著微觀能量的表現。物體的溫度是由原子或分子的平均動能所決定，動能越大，則溫度通常越高。

當物體從高溫冷卻至低溫時，物體中的熱能會消散，也可以理解成組成粒子的動能下降。如何將物體冷卻，取決於如何將物體的熱能帶走。舉個例子來說，冰箱與冷氣便是利用冷媒的膨脹將熱能移出而達到冷卻目的。而雷射冷卻即是以光子扮演冷媒的角色。

以光做為冷卻的媒介乍聽之下十分不合理，因為對於光，大多數人想到的是溫暖的陽光或是切割金屬的雷射光等等。而究竟光是如何對原子或分子進行冷卻的呢？

實現光冷卻的基礎，建立於光子與物質中的分子與原子進行作用。更簡單地來說，你可以將光子當成一個物流，當光子被打入物質中的原子後，會收取原子中的一些能量作為運費。原子每吸收與釋放一次光子，便會失去一些能量，而倘若這些減少的能量正好反映在其動能表現上，便能降低該物體的整體溫度。

雷射冷卻技術最早於1986年被開發出來，已經使用多年，但大多仍停留在

原子範圍中。最近，此類技術也已應用於奈米和微米範圍的小顆粒。儘管對於單個奈米粒子的冷卻已經相當有效，但同時冷卻多個粒子便不是那麼容易的了。來自維也納工業大學的Stefan Rotter教授於近期提出了一個方法，可以很好地解決這道難題。

在原子的雷射冷卻中，人們使用普通的雷射光，但這種方法不適用於冷卻奈米粒子。而Stefan教授透過不斷調整光束的空間結構（雷射光場域），在粒子改變位置時，調整光的散射模式，緩慢地一步一步減緩他們的速度，最終凍結多個奈米粒子。

目前為止，這項技術仍停留在理論階段，但相關實驗已經在進行。

資料來源:Innovations

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