用更精確的單量子檢測，IBM想儘快實現室溫下的量子熱管理

在室溫狀態下對單原子進行熱量測量，這一直是沒有被攻克的難題，也是關乎量子應用中熱量管理的一個重要影響方面。近日，來自 IBM 蘇黎世的研究團隊成功對金量子進行了點接觸熱傳導測量，這也是人類史上第一次完成對量子級別單位熱量的準確測量。

在這次實驗成功之前，威德曼-弗朗茲定律就在理論上證明，在給定溫度下，許多金屬材料的熱導率 (λ) 與它的電導率 (σ) 之比約為常數。但是之前一直沒有人成功給出確切的實驗數據給予證明。因此，這次 IBM 團隊的研究實驗可以說是打開了預測和探索納米級熱電現象的大門，人們可以在原子和單個分子大小的材料單位對相關的參數進行測量。

「雖然已經有了威德曼-弗朗茲定律從理論上對這一現象進行了證明，但是當進入納米級單位時，證明就變得困難了。」IBM 的科學家 Bernd Gotsmann 解釋，「我們認為這一困難主要在於如何在小的尺度單位上對熱傳導進行精確的測量。」

早在去年，IBM 蘇黎世團隊就已經開發了一種新型的顯微技術——掃描探針溫度測定法，來對實驗結果進行確認。在《自然納米技術》雜誌上發表的論文來看，該技術實際上就是將熱感測與顯微鏡的測量能力相結合。這一新型的設備不是試圖製造出一個納米級的溫度計，而是通過對其他參數的測量，來推算出量子的溫度。

具體說來，這一測量設備是由原子力顯微鏡（AFM）對兩個參數的獲取完成的。第一就是通過測量材料表面傳遞熱能獲取的熱通量，第二就是材料對熱流的阻力。通過結合這兩個參數，就能獲知納米級器件上的熱量。

據了解，目前研究團隊已經將這一檢測的靈敏度提升到了原子大小的級別，大約為 0.1 至 0.3 納米，同時測量還會受到不同元素性質的影響。

「測量在納米尺度上所產生和傳導的熱量是非常具有挑戰性的，」Gotsmann 說道， 「特別是熱感測器的製造已經是一個主要的障礙。它們必須足夠靈敏，以檢測到單個的原子，並且同時足夠堅硬，以在測量時間內一直保持這種穩定的接觸。」

IBM 團隊認為，這種測量技術有許多應用方向。在發表的論文中，研究人員表示，「這將使熱傳輸不僅能夠發生在不同的金屬量子點之間，而且在分子連接中同樣能夠進行，這是管理和控制納米級熱量的基本科學和技術飛躍。」

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