清华大学交叉信息研究院量子信息中心尹璋琦助理研究员与美国普渡大学合作，在实验中首次看到光悬浮纳米金刚石扭动模式的运动，并提出利用腔光力学的手段冷却这个模式。研究论文“Torsional optomechanics of a levitated nonspherical nanoparticle”（《悬浮非球形纳米粒子的扭动光力学》）近日发表在Physical Review Letters（《物理评论快报》）上，并入选了编辑推荐，同时被《物理》杂志作为同期评述亮点。

图1：左图为纳米金刚石的扫描电镜图像，长度单位为100纳米，右图为用腔模来冷却悬浮纳米粒子的扭动模的理论方案。

光力学研究光与力学振子的相互作用，在精密测量，量子物理的基本问题和量子信息技术上都有重要的应用。以往大部分的光力学实验研究只涉及到振子质心自由度平动与光场的耦合，而宏观机械振子的转动自由度与光的相互作用，还很少见到实验或者理论的研究。

清华大学交叉信息院尹璋琦助理研究员与美国普渡大学李统藏教授组合作，在光束缚纳米金刚石系统中观察到了扭动自由度的运动，扭动模式的频率比同一系统质心平动模式频率大一个量级以上，而衰减率与之大致相当。他们还从理论上研究了用光学腔对扭动模式进行冷却的效率与极限，以及冷却到量子基态所需的条件。此项发现对未来实现宏观系统的量子叠加态，以及对测量单个电子甚至原子核自旋带来的微小扭矩都有重要的价值。

《物理评论快报》是美国物理协会(APS)出版的物理综合类高水平权威期刊。论文的第一作者Thai M. Hoang是李统藏教授的博士后，第二作者马越是清华大学物理系大四本科生，她在尹璋琦博士的指导下参与了实验的理论分析。李统藏教授与尹璋琦博士是论文的共同通讯作者。此项研究得到了国家自然科学基金的资助。

论文链接：

http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.117.123604