热机在人类发展史上具有里程碑意义。传统热机是将化学能通过燃烧转化为内能再转化为机械能 对外做功。该过程有大量粒子参与，其规律可用经典热力学解释。近年来随着微纳制造和激光技术的突飞猛进，如何实现微纳尺度甚至原子尺度的热机 成为重要的交叉科学前沿，不仅是随机热力学和量子热力学的关键问题，而且对未来的生物、医药、能源等领域有重要应用前景。其中基于光力学的热 机具有极大的优势，能够在量子区域进行深入操作， 吸引了领域的广泛关注，然而由于实现光学和力学振子的强耦合的挑战性很难实现光力学热机。 

近期，实验室武海斌教授和盛继腾研究员研究小组实现了基于微纳光力振子的随机光力热机，利用强耦合条件下的简正模式为热机的工作介质，实现了单缸随机热机，发现了关联对做功的重要性，重要的还实现了双缸随机光力热机，对在小体系下研究随机和量子热机具有重要意义。 

在实验中，通过在光学腔内放置两片纳米厚度 的氮化硅薄膜，利用腔内光场的辐射压力实现两个机械振子的强耦合。两片薄膜振子具有各自独立的热库环境，通过同时控制振子频率和热库，利用系 统的本征模式作为做功媒介，实现了随机Otto循环热机，包括绝热膨胀、低温热化、绝热压缩和高温热化四个冲程。由于热机受随机噪声驱动，每个热机循环的做功也不相同，满足随机概率分布，为随机热机。 

所实现的耦合光力系统具有极大的优势，通过精确调控耦合系统的本征模式，使两支本征模式在 一个热机循环中交替做功，进一步实现了双缸随机热机。该实验可推广到更为复杂的热机阵列，有助于研究有限时间量子热力学以及进一步提高输出功率和做功效率 。相关研究结果发表在 Science Advances 7, eabl7740 (2021).

(A) 两片通过光力耦合的微纳薄膜构成的实验装置；(B) 强耦合体系的两支征模式呈现抗交叉效应(anti-crossing); (C)本征模式构建的四冲程Otto热机循环

(A)单缸Otto热机的热力学循环；(B)不同扫描时间下的做功效率