冷却至几乎绝对零。免费技术图书馆新闻

冷却到接近绝对零

22.09.2017

伦敦帝国理工学院的研究人员开发并测试了一种结合使用磁场和激光的新冷却技术。在实验过程中，一个磁场捕获了一个氟化钙分子，并且使用了几个激光的光来将该分子冷却到 50 微开尔文的温度，比绝对零（-50 摄氏度）高百万分之 273,15 度。

请注意，这项新技术绝不是第一个也是唯一一个对物质的单个分子进行低温冷却的技术。然而，与传统的激光冷却方法相比，新技术允许使用更广泛的分子种类。使用这种新方法，甚至可以冷却自然界中不存在并在实验室合成的最奇异物质的分子。

从学校物理课程中，我们知道温度是衡量粒子、原子或分子、任何物质、气体、液体或固体的混沌运动速度的量度。为了冷却粒子，您需要将它们减慢到尽可能低的速度。

在这种情况下，为了减慢一氟化钙分子的运动速度，使用了几个激光的光，从不同的侧面指向分子。第一个激光从左侧照射冷却的分子，该分子吸收一个光子。这个光子从分子中带走了一些动能，就像一个台球与另一个台球碰撞一样。但从第一次开始，分子并没有完全失去动量，它开始向另一个方向移动，在那里它被安装在对面的激光器发出的光子所超越。由于分子的运动和多普勒效应，第二道激光的光的光子波长减小，该光子被分子吸收，由此减慢更多。

由于这种激光“乒乓”的作用，分子像一个球一样，逐渐减速并变得更冷。同时，来自额外激光器的光使分子处于激发能状态，这使其在吸收来自“减速”激光器的光子后立即发射光子。这些光子向任意方向发射，不会改变分子运动的动能量，但这足以使分子始终保持略微“温暖”。

为了克服多普勒冷却技术的最低温度限制，科学家们使用磁场作为分子的陷阱，将其定向在空间中的给定方向，并将其提升到相对于初始高度的一定高度，这导致势能增加和动能分子成比例减少。这种技巧可以将分子的动能降低到相当于 50 微开尔文温度的水平。

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到目前为止，太阳能聚光器仅以刚性、密封电池的形式存在。这使得它们不适合用于纺织材料的结构。但现在一切都变了。瑞士科学家的发现是基于能够利用散射光来产生能量的材料。

这些材料包含发光太阳能聚光器 (LSC)，可捕获环境光并将其能量转移到太阳能电池，然后太阳能电池再将光转化为电能。这一发现是由瑞士联邦材料科学与技术实验室 (EMPA) 仿生膜和纺织实验室的 Luciano Boesel 领导的一个研究小组做出的。

正是他们找到了一种将这些发光材料整合到柔软透气的聚合物织物中的方法。这种新材料基于线性和超支化两亲嵌段共聚物的特性，已经以硅水凝胶隐形眼镜的形式上市。

在专门研究光能和纤维的同事的帮助下，Luciano Bozel 的团队能够将其变成一个灵活的太阳能集中器。两亲性（或双亲性）是物质分子的一种特性，通常是有机的，具有亲水性和疏水性，即在某些条件下它们可以通过水，而在某些条件下它们会排斥。

新的太阳能聚光器可用于制造纺织纤维，而不会使纺织品变脆、容易开裂或以汗水的形式积聚水蒸气。便携式小工具和设备对移动能源的需求不断增长，穿戴式太阳能集中器为我们提供了巨大的承诺和好处。

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