逍遥学能 2016-07-11 08:03
不像电子，原子在室温下都有强烈的扩散运动，打开一瓶香水，整个房间会闻到香味。因此，要囚禁原子，首先要把它们的温度冷却到绝对零度附近，一般要求到十万分之一至百万分之一开尔文。这时原子的热运动十分弱，在三个方向上用激光照射被冷却的原子，原子将停留在激光电场波动的谷内。实验上已经可将成千上万个原子囚禁在一个很小的范围内。有趣的是所有的原子还具有同样的动量。如果将它们发射出来，这一束原子具有与激光一样的性质，即空间和时间的相干性。人们正在思考如何利用这束原子“激光”。初步认为在通信和物质探索上会有重要的应用。
纳米加工技术做成的微型机械零件
纳米加工技术和“小鸟卫星”
为了研究纳米科学和应用纳米科学的研究成果，首先要能按照人们的意愿在纳米尺寸的世界中自由地剪裁、安排材料，这一技术被称为纳米加工技术。实际上，一方面纳米加工技术是纳米科学的重要基础，另一方面纳米加工技术中包含了许多人们尚未认识清楚的纳米科学问题。比如说，在一粗细为几纳米的孔或线里，原子的扩散就和宏观世界里的扩散大不一样。一般而言，原子运动的自由程为几个微米，在此长度上，原子发生碰撞，进行热扩散器壁的作用可忽略不计。可在纳米孔或线内，原子的扩散主要靠与孔壁的碰撞来完成的。再举一个例子，一般认为物体之间相互运动时的摩擦力主要来源于物体表面的不平整性，即物体表面越光滑，它们之间的摩擦力就越小。在纳米世界里，材料表面很小，相互之间距离很近，以至于使两块材料表面上的原子会发生化学键合而产生对相互运动的阻力。因此，在纳米世界内，所有的加工都必须在原子尺寸的层面上考虑。纳米加工技术可以使不同材质的材料集成在一起，它既具有芯片的功能，又可以探测到电磁波、光波（包括可见光红外、紫外线等）信号，同时还能完成电脑的命令。如果将这一集成器件安装在卫星上，可以使卫星的重量大大地减小。当前人们已经在考虑用“小鸟”卫星部分地代替现有的卫星系统。如果在卫星上用纳米集成器件，小鸟卫星将更小，更容易发射，成本也更便宜。
激光囚禁原子：上图为被激光囚禁的铷原子云。表明温度越低被囚禁的铷原子云的尺寸越小更多的铷原子处在同一的量子态。下图为实验装置和实验情形图中的黄点是被囚禁的钠原子云。它的温度为绝对温度的百万分之一度。