清華大學(xué)交叉信息研究院量子信息中心尹璋琦助理研究員與美國普渡大學(xué)合作，在實驗中首次看到光懸浮納米金剛石扭動模式的運動，并提出利用腔光力學(xué)的手段冷卻這個模式。研究論文《懸浮非球形納米粒子的扭動光力學(xué)》（Torsional Optomechanics of a Levitated Nonspherical Nanoparticle）近日發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上，并入選了編輯推薦，同時被《物理》雜志作為同期評述亮點。 光力學(xué)研究光與力學(xué)振子的相互作用，在精密測量、量子物理和量子信息技術(shù)上都有重要的應(yīng)用。以往大部分的光力學(xué)實驗研究只涉及到振子質(zhì)心自由度平動與光場的耦合，而關(guān)于宏觀機(jī)械振子的轉(zhuǎn)動自由度與光的相互作用，還很少見到實驗或者理論的研究。
清華大學(xué)交叉信息院尹璋琦助理研究員與美國普渡大學(xué)李統(tǒng)藏教授組合作，在光束縛納米金剛石系統(tǒng)中觀察到了扭動自由度的運動，扭動模式的頻率比同一系統(tǒng)質(zhì)心平動模式頻率大一個量級以上，衰減率也與之大致相當(dāng)。他們還從理論上研究了用光學(xué)腔對扭動模式進(jìn)行冷卻的效率與極限，以及冷卻到量子基態(tài)所需的條件。此項發(fā)現(xiàn)對未來實現(xiàn)宏觀系統(tǒng)的量子疊加態(tài)，以及對測量單個電子甚至原子核自旋帶來的微小扭矩都有重要的價值。
《物理評論快報》是美國物理協(xié)會(APS)出版的物理綜合類高水平權(quán)威期刊。論文的第一作者泰·宏（Thai M. Hoang）是李統(tǒng)藏教授的博士后，第二作者馬越是清華大學(xué)物理系大四本科生，她在尹璋琦博士的指導(dǎo)下參與了實驗的理論分析。李統(tǒng)藏教授與尹璋琦助理研究員是論文的共同通訊作者。此項研究得到了國家自然科學(xué)基金的資助。