大物體和單原子的懸浮已成為科學和工程領域廣泛應用的技術。在過去的幾年裡，許多研究人員已經開始探索一個新的領域:在真空中懸浮奈米和微粒子——仍然小於一根頭髮的直徑，但由數十億個原子組成。
高精度操作和測量這些物體的平移和旋轉的能力已經產生了一個新的實驗平臺，為基礎和應用研究提供了獨特的機會。
舉幾個例子:懸浮物體對外力和加速度的高靈敏度，正在推動感測器的發展和對新物理學的探索，以及對影響這些粒子運動的摩擦力和力的完全控制，以及對隨機熱力學假設的測試。此外，透過創造超高真空，摩擦和噪聲可以降低到基本的最小值，這不僅為量子感測和探測鋪平了道路，也為探索迄今為止尚未探索的大質量狀態下的宏觀量子疊加鋪平了道路。”奧地利科學院量子光學和量子資訊研究所和因斯布魯克大學理論物理系的Oriol Romero-Isart說。
冷卻到量子基態
2010年，量子光學技術首次被提出，它是一種利用光學腔將懸浮奈米粒子的運動冷卻到量子狀態的方法。從那時起，這些建議已經透過實驗發展起來，並由基於光學、電學和磁力的控制機制的實現加以補充。到目前為止，基於光腔和主動反饋的冷卻方案都成功地將介質懸浮的奈米粒子的運動冷卻到量子基態，為尚未探索的量子物理學開闢了道路。
物理學、材料科學和感測器
奈米物體在高真空中懸浮，提供了以前無法實現的與環境的隔離，為研究和應用提供了新的機會。卡洛斯·岡薩雷斯-巴萊斯特羅解釋說:“目前的工具箱允許透過光學、電和磁相互作用使任何種類的奈米物體懸浮並控制它們，包括磁鐵、金屬、含有色心的鑽石、石墨烯、液滴，甚至超流體氦。”因斯布魯克大學理論物理系博士後研究員。“這些相互作用也提供了一種將內部自由度(如聲子、磁子、激子)與良好控制的外部自由度(平移、旋轉)耦合的方法。”
懸浮系統是材料科學的潔淨試驗檯，可以在極端條件下探測甚至設計物質。此外，懸浮系統是研究非平衡物理的理想平臺。將控制擴充套件到懸浮粒子的所有自由度可以減少噪聲源和消相干。它將為宏觀量子物理的新領域(例如製備由數十億原子組成的物體的宏觀量子疊加)和在尚未探索的領域探索弱力(例如暗物質模型預測的力)開啟大門。最後，將懸浮系統用於超靈敏的力檢測也為商業感測應用帶來了機遇，包括重力儀、壓力感測器、慣性力感測器和電/磁場感測器。
更多資訊:Carlos Gonzalez-Ballestero等人，懸浮動力學:真空中微觀物體的懸浮和控制， 科學（2021). DOI: 10.1126 / science.abg3027． www.science.org/doi/10.1126/science.abg3027
