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研究透视：Science-负温度 | 光子晶格实验探测

今日新材料 · 公众号 · · 2023-03-11 00:02

正文

统计力学Statistical mechanics要求一个系统的温度必须正的，只要系统内能没有上限。然而，如果不满足这一条件，就有可能达到负温度，在这种情况下，在热力学上更高的能量状态是有利的。尽管在自旋和玻色-哈伯德Bose-Hubbard体系以及量子流体中，已经报道了负温度，但到目前为止，在这一领域的热力学过程实验观测，仍然难以捉摸。

近日，德国耶拿大学(Friedrich Schiller University of Jena)A. L. Marques Muniz，U. Peschel等，美国中佛罗里达大学(University of central Florida) F. O. Wu，P. S. Jung，D. N. Christodoulides等，在Science上发文，实验演示了负光学温度下的等熵膨胀-压缩和焦耳膨胀，这是由热力学微正则光子系统中的纯非线性光子-光子相互作用实现的。

该项光子方法，为探索新的全光学热机提供了一个平台，并可能在光学以外的其他玻色子系统中产生影响，如冷原子和光学力学。

Observation of photon-photon thermodynamic processes under negative optical temperature conditions。

在负光学温度条件下，光子-光子热力学过程的观测。

图1 在非线性多模时间合成光子晶格中，负温度的概念化。

图2.正负温度条件时，光学热化Optical thermalization。

图3 在负温度时，光学等熵压缩和膨胀。

图4.实验观察负温条件时的光学焦耳膨胀optical Joule expansion。

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