Ultra-stable Cryogenic Nanopositioner for Quantum Optomechanics and Zeptonewton Force Sensing
用于量子光力学和 Zeptonewton 力传感的超稳定低温纳米定位器
基本信息
- 批准号:RTI-2017-00181
- 负责人:
- 金额:$ 10.68万
- 依托单位:
- 依托单位国家:加拿大
- 项目类别:Research Tools and Instruments
- 财政年份:2016
- 资助国家:加拿大
- 起止时间:2016-01-01 至 2017-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The central aim of our research program is to realize ultrasensitive mechanical systems that are actuated and enhanced by laser light. Recently, our group made a major breakthrough, fabricating ~50-nanometer-thin "micro-trampolines" exhibiting world-record force sensitivity at room temperature (with a noise floor measured in attonewtons, or equivalent to the gravitational pull between two people separated by ~100 km). At the same time, these devices achieve extraordinarily low optical losses, making them compatible with the world's most sensitive interferometers for optomechanics experiments. In particular, the demonstrated parameters correspond to a situation in which the forces exerted by light at the level of a single interferometer photon (on average) will profoundly affect the mechanical trajectory.
The performance of these and related optomechanical systems will improve by orders of magnitude at cryogenic (millikelvin) temperatures, due to a combination of reduced thermal force noise and increased mechanical quality factor. The resulting unprecedented mechanical coherence will enable a host of exciting optomechanics experiments operating deeply within the regime of macroscopic quantum motion, as well as the development of new quantum information transduction platforms and force sensing at the level of ~10 zeptonewtons, wherein a variety of goals (e.g. nanometer-resolution magnetic resonance imaging) become feasible.
Our group already has access to a CFI-funded dilution cryostat, but in order to achieve these extraordinarily sensitive goals, a stable, vibration-isolated, encoded cryogenic nanopositioner is an absolute requirement.
我们研究计划的中心目标是实现由激光驱动和增强的超灵敏机械系统。最近,我们的团队取得了重大突破,制造了约 50 纳米薄的“微型蹦床”,在室温下表现出了世界纪录的力灵敏度(本底噪声以阿托牛顿为单位测量,或相当于两个人之间的引力) 〜100公里)。同时,这些设备实现了极低的光学损耗,使其与世界上最灵敏的光力学实验干涉仪兼容。特别是,所演示的参数对应于光在单个干涉仪光子(平均)水平上施加的力将深刻影响机械轨迹的情况。
由于热力噪声降低和机械品质因数增加,这些及相关光机械系统的性能将在低温(毫开尔文)温度下提高几个数量级。由此产生的前所未有的机械相干性将使一系列令人兴奋的光力学实验在宏观量子运动范围内深入运行,以及开发新的量子信息转换平台和〜10 zeptonewtons水平的力传感,其中各种目标(例如纳米分辨率磁共振成像)变得可行。
我们的团队已经可以使用 CFI 资助的稀释低温恒温器,但为了实现这些极其敏感的目标,绝对需要稳定的、振动隔离的、编码的低温纳米定位器。
项目成果
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