[轉貼]振幅量子化的驗證

godzilla

Boston大學的物理學家設計了精細奈米機械振盪器(nanomechanical oscillators), 驗證了振盪器振幅量子化的行為.

學過量子物理的人都知道, 一個振盪器的振幅應該是量子化的(不連續地變化). 只是在一般的巨觀尺度下, 相鄰兩個不連續的振幅相差太小, 所以我們會認為振盪器的振幅的變化是連續的. 雖然我們可以間接地從某些振盪器所發射出來的不連續的光譜來證明此事, 但科學家們仍然還是希望用更直接的方式來驗證此量子性質.

於2005年1月28日出版的Physical Reveiw Letters中, Boston大學的物理學家發表了利用電子束印刷術(e-beam lithography)及奈米製程(nanomachining)在單晶矽上做了一個奈米機械振盪器. 其包括一兩端固定的橫樑, 橫樑的兩側各有一排垂直於橫樑的短棒, 形成一類似羽狀天線的結構見圖. 此結構可以決定橫樑的共振頻率, 其尺寸為10.7um長400nm寬(短棒的長度加上橫樑的寬度)185nm厚. 最後再鍍上一層60nm的金膜以作為電極. 當電流從金膜通過的同時再加以強磁場, 則橫樑會受一Lorentz電磁力的作用(F=ILB). 若輸入的電流為高頻電流, 橫樑將會隨之振盪, 其共振頻率約為1.49GHz. 在較高的溫度時, 橫樑的振盪振幅隨著驅動力的增加而連續地增加, 完全遵守虎克定律. 但是在100mK的溫度下, 這個振盪器的振幅變化變成不是連續的, 而是只有幾個特定的值, 完全顯現出其振幅量子化的性質. 這個第一個在巨觀的(約有5x10^10個矽原子)奈米機械振盪器裝置下觀察到振盪器的振幅量子化的行為.