华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室武海斌教授和盛继腾教授研究团队受邀撰写腔光力学中的非平衡热力学综述文章，以“Nonequilibrium thermodynamics in cavity optomechanics”为题于2023年1月21日发表在国家自然科学基金委员会主管、主办的Fundamental Research期刊。自然界中绝大部分系统处于热力学非平衡状态，非平衡态热力学成为研究非平衡态物理备受关注的前沿研究领域。随着近年来微纳制造和激光技术的突飞猛进，人们能够研究尺寸和自由度越来越小的系统，而其周围环境效应将会增加，系统涨落变得显著，系统通常远离平衡态。这些促进了随机热力学和量子热力学的发展。涨落定理、与量子信息的关系、随机/量子热机等是近年来与随机/量子热力学相关的重要研究方向。目前研究随机和量子热力学的主要实验平台包括冷原子、囚禁离子、生物分子、超导电路和腔光力学系统等。

腔光力学，通过辐射压力实现电磁场与机械振子之间的相互作用，在前沿基础研究和精密测量应用方面具有重要意义，如机械振子的量子基态冷却、超灵敏探测、光子/声子的量子操控等方面已经取得许多突破性进展。腔光力学系统结合了高品质因子的机械振子和基于光学腔的高灵敏光学探测，可使系统工作在欠阻尼状态，并且实现对单个振子轨迹的实时精密测量。腔光力系统通过光力相互作用，具有高度可控性和可扩展性，可以实现对宏观物体的量子操控，使研究人员能够在各种不同参数条件下研究潜在的物理机制。腔光力学已经成为研究非平衡热力学的理想平台。

本文综述了非平衡热力学在腔光力系统中的最新实验研究进展，以熵增率、涨落定理、热传输和热机作为例子，从热力学量、基本原理、物理现象和实际应用四个方面讨论腔光力学中的非平衡热力学研究。该论文进一步展望了未来基于腔光力学在量子区间的可操控性和可扩展性等方面优势以促进非平衡热力学的研究。

图1：武海斌教授和盛继腾教授团队研究综述刊登在《Fundamental Research》。

图2：非平衡热力学在热力学物理量、基本原理、物理现象和实际应用四个方面的实验进展。