光电静电上的真空悬浮和运动控制演示

几十年前，人们首次证明了微型物体在真空中的悬浮以及悬浮状态下对其运动的控制。从那时起，各种研究小组一直在研究以更大自由度控制真空悬浮物体的新方法。

虽然迄今为止进行的大多数实验都依赖于光学技术，但最近一些团队开始使用结合原子物理学概念的混合实验平台。这些混合平台能够更好地控制悬浮物体的运动，从而释放新的可能性，例如力和扭矩感应或精确加速。

苏黎世联邦理工学院的研究人员最近展示了在光电混合上二氧化硅纳米颗粒的高真空悬浮。他们提出的实验平台概述在《自然纳米技术》上发表的一篇论文中，该平台被发现能够实现纳米颗粒在真空中的稳定悬浮、精确的位置检测和动态控制。

BrunoMelo、MarcT.Cuairan及其同事在论文中写道：“通过与环境隔离并精确控制中观物体，真空悬浮已经发展成为一种多功能技术，已经使从力传感和热力学到材料科学和化学等多个科学方向受益。”

“它也为推动未知宏观领域的量子力学研究带来了巨大希望。”

尽管真空悬浮和粒子运动控制方面最近取得了进展，但之前引入的大多数实验方法都依赖于复杂的策略和/或笨重的设备。这极大地限制了它们在现实世界中的应用，使其对于新技术的开发来说并不实用。

因此，一些研究人员一直在尝试使用静电和光学陷阱来缩小真空悬浮平台的体积。然而，他们提出的大多数方法所实现的悬浮效果不够稳定，无法应用于受限设备，例如低温恒温器和便携式设备。

Melo、Cuairan及其合作者介绍了一种新型光电混合平台，该平台能够实现上纳米颗粒的稳定悬浮、位置检测和动态控制。与其他平台相比，他们提出的方法不需要笨重的镜头和光学设备。

“我们展示了在光学静电混合表面的高真空条件下二氧化硅纳米粒子的悬浮和运动控制，”Melo、Cuairan及其同事写道。“通过将基于光纤的光学捕获和灵敏的位置检测与通过平面电极的冷阻尼相结合，我们将粒子运动冷却到几百个声子。”

在初步测试中，该团队提出的片上真空悬浮和运动控制平台取得了显著成果，其信噪比和光学位移检测能力可与依赖笨重光学设备的其他方法相媲美。当他们将平台与平面电极结合起来进行主动反馈冷却时，研究人员还能够冷却二氧化硅纳米颗粒并减少其在三维空间中的运动

苏黎世联邦理工学院的该团队引入的片上真空悬浮和运动控制新方法可能很快为量子研究和技术开发带来新机遇。在接下来的研究中，Melo、Cuairan及其同事计划继续改进他们的平台，例如使用折射微透镜进一步增强其检测灵敏度并集成更复杂的光学元件(例如光纤腔)。

Melo、Cuairan及其同事写道：“我们设想，我们的完全集成平台是将集成光子学和纳米光子学与精确设计的电势相结合的片上设备的起点，增强了对粒子运动的控制，以实现复杂状态的准备和读出。”

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