Levitated optomechanics
लेविटेटेड ऑप्टोमैकेनिक्स मेसोस्कोपिक भौतिकी का एक क्षेत्र है जो मेसोस्कोपिक कणों की यांत्रिक गति से संबंधित है जो ऑप्टिकल या विद्युत या चुंबकीय रूप से उत्तोलित होते हैं। उत्तोलन के उपयोग के माध्यम से, कण की यांत्रिक गति को पर्यावरण से असाधारण रूप से अलग करना संभव है। यह बदले में उच्च द्रव्यमान क्वांटम भौतिकी, संतुलन से बाहर और नैनो-ऊष्मागतिकी के अध्ययन को सक्षम बनाता है और सटीक संवेदन अनुप्रयोगों के लिए आधार प्रदान करता है। अभिप्रेरणा क्वांटम भौतिकी के शासन में या संवेदी अनुप्रयोगों के लिए यांत्रिक ऑसिलेटर का उपयोग करने के लिए, ऑसिलेटर की गति का कम अवमंदन और इस प्रकार उच्च गुणवत्ता वाले कारक वांछनीय हैं। नैनो और माइक्रोमैकेनिक्स में, एक प्रणाली का क्यू-कारक अक्सर इसके निलंबन द्वारा सीमित होता है, जो आमतौर पर फिलग्री संरचनाओं की मांग करता है। फिर भी, अधिकतम रूप से प्राप्त करने योग्य क्यू-कारक आमतौर पर प्रणाली के आकार के साथ संबंधित होता है, जिसमें उच्च क्यू-कारकों को प्राप्त करने के लिए बड़ी प्रणालियों की आवश्यकता होती है। बाहरी क्षेत्रों में कण उत्तोलन इस बाधा को कम कर सकता है। यह एक कारण है कि भौतिक विज्ञान में नींव पर अनुसंधान और उच्च-परिशुद्धता अनुप्रयोगों के लिए लेविटेटेड ऑप्टोमैकेनिक्स का क्षेत्र आकर्षक हो गया है। भौतिक मूल बातें ध्रुवीकरण क्षमता और विद्युत क्षेत्र के साथ एक परावैद्युत कण के बीच अंतःक्रिया ढाल बल द्वारा दी जाती है। जब एक कण फंस जाता है और एक गॉसियन लेजर बीम के केंद्र में ऑप्टिकल रूप से उत्तोलन किया जाता है, तो बल को पहले क्रम के साथ अनुमानित किया जा सकता है, अर्थात। आवृत्ति के साथ एक हार्मोनिक ऑसिलेटर, जहाँ कण का द्रव्यमान है। निष्क्रिय डैंपिंग, सक्रिय बाहरी प्रतिक्रिया और युग्मन के परिणाम गति के लैंगविन समीकरणों में होते हैंः यहाँ कुल डैंपिंग दर है, जिसमें आमतौर पर दो प्रमुख योगदान होते हैंः परमाणुओं या पृष्ठभूमि गैस के अणुओं के साथ टकराव और फोटॉन शॉट शोर, जो 10−6 एम. बी. आर. के क्रम पर दबाव से नीचे प्रमुख हो जाता है। युग्मन शब्द किसी भी युग्मन को बाहरी ऊष्मा स्नान के लिए मॉडल करने की अनुमति देता है। बाहरी प्रतिक्रिया का उपयोग आमतौर पर कण गति को ठंडा करने और नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। एक शास्त्रीय हार्मोनिक ऑसिलेटर का सन्निकटन तब तक सही रहता है जब तक कि कोई क्वांटम यांत्रिकी के शासन तक नहीं पहुंच जाता है, जहां क्वांटम हार्मोनिक ऑसिलेटर बेहतर सन्निकटन है और ऊर्जा स्तरों का परिमाणीकरण स्पष्ट हो जाता है। क्यूएचओ में सबसे कम ऊर्जा की जमीनी स्थिति होती है जहां स्थिति और वेग दोनों में न्यूनतम भिन्नता होती है, जो हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत द्वारा निर्धारित की जाती है। इस तरह की क्वांटम अवस्थाएँ गैर-गौसी क्वांटम अवस्थाओं को तैयार करने, क्वांटम संवर्धित संवेदन, पदार्थ-तरंग इंटरफेरोमेट्री या कई-कण प्रणालियों में उलझाव की प्राप्ति के लिए दिलचस्प प्रारंभिक स्थितियाँ हैं। पैरामीट्रिक फीडबैक कूलिंग और कोल्ड डेम्पिंग को ठंडा करने के तरीके फीडबैक कूलिंग का विचार कण पर एक स्थिति और/या वेग निर्भर बल को इस तरह से लागू करना है जो एक नकारात्मक फीडबैक लूप पैदा करता है। इसे प्राप्त करने का एक तरीका प्रतिक्रिया शब्द जोड़ना है, जो कण की स्थिति () के समानुपाती है। चूँकि वह तंत्र नमी प्रदान करता है, जो उतार-चढ़ाव की शुरुआत के बिना यांत्रिक गति को ठंडा करता है, इसे "कोल्ड डेम्पिंग" के रूप में जाना जाता है। इस प्रकार के शीतलन को नियोजित करने वाला पहला प्रयोग 1977 में आर्थर एश्किन द्वारा किया गया था, जिन्हें ऑप्टिकल चिमटी के साथ ट्रैपिंग पर अपने अग्रणी काम के लिए भौतिकी में 2018 का नोबेल पुरस्कार मिला था। एक रैखिक प्रतिक्रिया संकेत लागू करने के बजाय, कण के दोलन की दोगुनी आवृत्ति के साथ एक संकेत प्राप्त करने के लिए स्थिति और वेग को भी जोड़ा जा सकता है। इस तरह जाल की कठोरता तब बढ़ जाती है जब कण जाल से बाहर निकलता है और जब कण पीछे की ओर बढ़ रहा होता है तो कम हो जाता है। गुहा-वर्धित सिसिफस शीतलन सुसंगत प्रकीर्णन गुहा शीतलन संदर्भ मेसोस्कोपिक भौतिकी क्वांटम यांत्रिकी