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量子之吻改變「空無一物」的顏色

即使是空無一物的間隙也會有顏色。科學家現在證明,電子的量子躍遷(quantum jumps)能改變奈米金球之間空隙的顏色。研究成果,發表在 Nature 期刊中,確立光被困住時能有多緊密的基本量子極限。

這組來自於英國劍橋、西班牙巴斯克自治區與法國巴黎的大學團隊,將精心設計的(tour de force)實驗與先進的理論結合,以呈現光在奈米大小下如何與物質進行交互作用。他們的研究證明他們如何能在室溫下的空氣中確實看到作用中的量子力學。

因為金屬中的電子較易移動,將光照射到微小的縫隙(crack)上能以光的頻率交替將電荷推往與推離每個裂面(crack face)。這種跨間隙的振盪電荷為二者之間幽靈般的區域產生「電漿子色(plasmonic colour)」,但那只有當間隙夠小才會發生。

來自劍橋大學 Cavendish 實驗室的團隊領導者 Jeremy Baumberg 教授指出,我們認為這像是一對打情罵俏的情侶,在彼此凝視對方眼睛時所建立的緊張局面(tension)。那時他們的雙頰靠的更近時緊張程度激增,只有一個吻才能釋放這種能量。

在這項實驗中,間隙被縮小到 1 nm 以下,當電荷累積時,使間隙顏色變得很紅。但因為電子能藉由量子穿隧跳過間隙,所以當間隙小於 0.35 nm 時,電荷會被排掉,可看見顏色漸漸藍移。如 Baumberg 所言,「就像你能在雙唇靠的不是很近的情況下給一個吻。」

來自劍橋的實驗團隊的Matt Hawkeye,表示:「將二個金奈米球並列,猶如閉上你的雙眼,讓你雙手捏住的二根針靠在一起。那得要磨練多年才能做的好。」

領導San Sebastian 理論團隊的Javier Aizpurua 教授則抱怨:「以現有的理論無法塑模出黃金內部這麼多電子的振盪。」他得要融合古典與量子的世界觀,才能預測實驗中所看到的顏色轉變。

來自這項研究的新洞見指出幾種在一個原子或分子這麼小的世界中進行測量的方法,以及製造有用微小裝置的策略。

資料來源:Quantum kisses change the color of nothing. Phys.org [November 7, 2012]

轉載自 only perception


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