近日，《Physical Review Letters》以“Colloidal Stochastic Resonance in Confined Geometries”为题发表了上海交通大学自然科学研究院、物理与天文学院张何朋课题组在随机共振方面的研究成果。

实验装置（左图）和随机共振曲线（右图）

系统噪声通常会影响信号的准确传递和检测。然而在非线性系统中，合适的噪声却可能放大系统对外界微弱驱动的响应；这一广泛存在于物理、化学、生物和工程领域的反直觉现象被称随机共振，有着众多的实际应用，包括能量采集、图像处理和信号放大等。针对随机共振的研究通常在能量势阱中开展。最近理论研究预言随机共振也存在于由熵效应产生的自由能势阱中，可能影响众多生物和软物质系统中输运过程。

为了验证熵致随机共振的重要理论预言，张何朋课题组利用双光子3D打印技术构造了联通的双微腔结构，如上图所示；该结构能产生熵致的自由能双势阱，控制其中胶体颗粒的运动。研究人员进一步利用磁场在胶体颗粒上施加一个振荡的外力，驱动颗粒在自由能势阱之间跃迁。当驱动周期是颗粒自发跃迁周期的两倍时，颗粒运动和驱动相位之间由于随机共振机制出现同步；从而成功验证了相关的理论预言。同时研究人员还在实验中发现了强烈的流体力学效应，并根据实验结果拓展了原有理论。

本论文的第一作者为博士生朱茜，通讯作者为张何朋教授，合作者包括周炀和来自意大利Camerino大学的Fabio Marchesoni教授。研究工作得到了国家自然科学基金的支持。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.098001

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