■團隊用5年時間在一個完全無塵的真空密室中製造出極薄的氮化矽膜利用光學和電子元件精確控制及監察它們的溫度，取得實驗成果。 UC Berkeley圖片

物理教科書告訴我們，熱能及聲波的傳導（conduction），需要物質作為媒介，當中涉及原子或分子的振動，把熱能傳導開去；亦因此人類會利用真空絕緣，包括以此製作保溫瓶保持溫度。不過，有關概念或已經需要改寫，港大校長張翔於加州大學柏克萊分校（UC Berkeley）帶領的科研團隊，以最新研究顛覆了這個經典物理學的基本概念，其實驗證實，於量子力學現象下，熱能其實可以跨越幾百納米（nm）的完全真空空間。有關發現對超微小納米級電子元件或晶片的散熱問題影響深遠，對未來高速電子計算及存儲發展亦非常重要。

是次研究由張翔帶領、UC Berkeley科研團隊花多年時間進行，針對量子力學（quantum mechanics）理論提出的凱西米爾效應（Casimir interaction）進行實驗，其開創性的結果近日於剛在權威科學期刊《自然》發表。

張翔介紹說，熱能在固體中傳導，通常是透過原子或分子，或統稱為聲子（phonons）的振動，「但真空的空間沒有物理介質，因此教科書多年來都告訴我們，聲子不能在真空中傳播。」他表示，是次研究發現，聲子確實可以透過看不見的量子波動在真空中傳導，結果令人驚訝。

他又提到，由於分子振動也是我們聽到聲音的基礎，這一發現也預示了聲音也可能能夠通過真空傳播。

花5年造鍍金氮化矽膜

根據物理理論學者的揣測，凱西米爾效應能幫助分子振動在真空中游走。為證實有關想法，張翔的團隊花5年時間，在一個完全無塵的真空密室中製造出極薄的兩片鍍金氮化矽膜，並在實驗中將它們分開放置於相距數百納米的距離。

團體以精確調控和監測方法，確認兩片膜中間沒有任何連接，之間幾乎沒有光穿透，但當加熱其中一個膜時，另一個的溫度也變熱。由於實驗所設的距離，足以撇除包括熱輻射等其他可能的傳熱方式，證實在真空中亦將熱能傳導數百納米。成功顛覆了中學教科書亦學到的基本傳熱理論。

研究的共同第一作者、張翔團隊前博士生Li Hao-Kun指，他們發現的新傳熱機制，為納米級的熱能應用開創了前所未有的機遇，「對於高速計算器和大資料存儲的發展非常重要。現在我們可以透過調控量子真空，散走積體電路中的熱量。」

另一共同第一作者、UC Berkeley博士後研究員Fong King Yan提到，分子振動在真空環境中傳導，本是看似不可能的情況，但如今竟然發生，正是因為根據量子力學理論，真正的「真空」並不存在，「即使有真空空間-沒有光、沒有物質-量子力學也說它不可能是完全『真空』，當中仍然存在一些量子場的波動。這些波動會產生一種力，把兩個物體連接在一起，這就是凱西米爾效應。」他表示，因此當一件物體受熱並開始搖擺和振盪時，由於這些量子波動，即使是通過真空亦可以傳遞給另一個物體

香港文匯報。