Imaging based feedback cooling of a levitated nanoparticle
基于成像的悬浮纳米颗粒运动检测补充了广泛使用的干涉检测方法，提供了一种精确和稳健的方法来估计颗粒的位置。在这里，我们展示了基于相机的反馈冷却的带电纳米粒子悬浮在一个线性保罗陷阱。利用CMOS摄像系统对悬浮在真空中的带电纳米粒子进行了观测。纳米颗粒图像用与CMOS图像传感器集成的微控制器实时处理。相位延迟的位置信号被反馈到其中一个陷阱电极，导致速度阻尼冷却。我们的研究提供了一个简单而通用的方法，适用于控制低频机械振荡器。
2022-12-06 physics.optics quant-ph
Cooling of a levitated nanoparticle with digital parametric feedback
悬浮纳米粒子的运动控制在光悬浮的基础研究和实际应用中起着核心作用。在这里，我们提出了一个数字参数反馈冷却的基础上切换两个捕获激光强度水平与方波调制。详细研究了调制深度和调制信号相位对冷却效果的影响。通过这种数字参数反馈方法，所有三个运动自由度的质心温度可以冷却到几十毫开尔文，这为通过可编程数字过程完全控制悬浮纳米颗粒的运动铺平了道路。
2019-04-09 physics.ins-det physics.optics
Phase-adaptive cooling of fringe-trapped nanoparticles at room temperature in hollow-core photonic crystal fiber
提出通过按轴向动量调制反向传播基模相对相位的相位自适应反馈冷却方法，在空芯光子晶体光纤中实现室温纳米粒子低至58.6 K的质心冷却。
2025-07-23 physics.optics
Simultaneous cooling of all six degrees of freedom of an optically levitated nanoparticle by elliptic coherent scattering
该研究利用高精细度光学腔中的椭圆相干散射，实现了高真空光镊悬浮纳米粒子全部六个平动与转动自由度的同时冷却和取向控制。
2022-05-20 physics.optics quant-ph
Quantum Model of Cooling and Force Sensing With an Optically Trapped Nanoparticle
光学捕获纳米粒子最近出现了令人兴奋的候选人测试的量子力学在宏观尺度和作为多功能平台的超灵敏度计量。最近的实验已经证明了参数反馈冷却，非平衡物理和温度检测，都在经典制度。在这里，我们提供了第一个量子模型被困纳米粒子冷却和力传感。与现有的理论相比，我们的工作表明，纳米机械基态可以在不使用光学谐振器的情况下制备;冷却机制对应于非线性摩擦;并且冷却过程中的能量损失在时间上是非指数的。我们的研究结果与实验数据在经典极限下表现出很好的一致性，并为旨在制备基态的实验提供了一个基本的理论框架。我们的理论还解决了力感测的优化和基本量子极限，从而为使用悬浮纳米粒子进行超弱力的持续搜索提供了理论方向。
2015-12-14 physics.optics quant-ph
Sub-Kelvin Parametric Feedback Cooling of a Laser-Trapped Nanoparticle
最近的实验已经证明了通过动态反作用将宏观力学振子光学冷却到其量子基态的能力。这样的实验使得量子力学可以用介观物体进行测试，并且代表了迈向量子光学存储器、换能器和放大器的重要一步。到目前为止考虑的大多数振荡器都与它们的热环境严格相连，从根本上限制了它们的机械Q因子，并需要低温预冷到液氦温度。在这里，我们展示了参数反馈冷却的激光捕获的纳米粒子，这是完全隔离的热浴。没有夹紧机构提供了与内部振动的鲁棒解耦，并且使得可以通过单个激光束在所有自由度上冷却纳米颗粒。与激光捕获微球相比，纳米粒子具有共振频率高、反冲热低的优点，这为量子基态冷却提供了有利条件
2012-06-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Theory for Cavity Cooling of Levitated Nanoparticles via Coherent Scattering: Master Equation Approach
我们发展了一个理论，通过相干散射到一个光学腔的悬浮纳米粒子的质心运动的腔冷却。我们分析确定的纳米粒子，腔，和自由电磁场的完全耦合的哈密顿量。通过追踪后者，我们得到了腔和质心运动的主方程，其中归因于反冲加热，气体压力和陷阱位移噪声的退相干率被明确计算。然后，我们基准我们的模型复制发表的三维冷却实验结果。最后，我们用我们的模型来证明基态冷却沿三个运动轴的可能性。我们的工作说明了腔辅助相干散射达到悬浮纳米力学的量子制度的潜力。
2019-02-04 physics.optics quant-ph
Optical cooling of lead halide perovskite nanoparticles enhanced by Mie resonances
卤化物钙钛矿是一类在室温下具有高效发光和强电子-声子相互作用的半导体材料，具有良好的光制冷性能。另一方面，基于钙钛矿的纳米光子设计将允许在纳米级进行有效的光学冷却。在这里，我们提出了一种新的策略，在纳米级的基础上，在卤化物钙钛矿纳米粒子的光学共振工程的光学冷却增强。即，纳米颗粒中的光致发光上转换效率通过在发射和吸收波长处激发米氏共振来优化。在波长980 nm和中等强度（7 × 10 $^6$ W/cm 2）的CW照射下，对于玻璃衬底上的混合卤化物钙钛矿（CH $_3$ NH $_3$ PbI $_3$）530 nm纳米颗粒，实现了超过100 K的优化的理论光致温度降低。优化制度起源于同时激发的磁四极和磁八极在泵浦和发射波长，分别。热敏感的光致发光信号和卤化物钙钛矿纳米腔制造的简单性的组合将为实现用于高级应用的纳米级光学冷却器铺平道路。
2019-05-30 physics.app-ph physics.optics
Optical and electrical feedback cooling of a silica nanoparticle levitated in a Paul trap
在保罗陷阱中的带电介电纳米粒子的所有三种运动模式都通过直接反馈冷却到几mK的温度。我们测试了两种方法，一种是基于电力和其他光学部队;对于这两种方法，我们发现类似的冷却效率。冷却的特征在于两个反馈力作为反馈参数，背景压力，和粒子的位置的函数。
2021-03-26 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Resolved Sideband Cooling of a Levitated Nanoparticle in the Presence of Laser Phase Noise
我们研究了在高精细度腔中冷却悬浮纳米粒子质心运动的背景下，激光相位噪声加热对分辨边带冷却的影响。虽然相位噪声加热不是一个基本的物理约束，它成为Levitodynamics中的主要限制的制度迄今尚未探索，因此体现了从这一点向前的主要障碍，在达到运动基态的悬浮介观物体与解决边带冷却。我们在$p = 3\times 10^{-7}$ mbar的压力下达到与$T_{min}=10$ mK相当的最小质心温度，仅受相位噪声的限制。最后，我们提出了可能的战略走向运动基态冷却的相位噪声的存在。
2019-10-10 physics.optics quant-ph
Cavity cooling a single charged nanoparticle
激光冷却技术的发展与在电磁场中捕获原子和离子的能力相结合，已经彻底改变了原子和光学物理学，导致了原子钟、高分辨率光谱学以及量子模拟和处理中的应用的发展。然而，复杂系统，例如大分子和纳米颗粒，缺乏激光冷却所需的简单内部共振。在这里，我们报告的混合方案，使用外部谐振的光学腔，结合射频（RF）领域，捕捉和冷却一个单一的带电纳米粒子。RF Paul阱允许在真空中进行限制，避免单独由光场引起的不稳定性，并且关键地积极参与冷却过程。该系统为冷却和捕获广泛的复杂带电粒子提供了巨大的希望，其应用于精密力传感、质谱、大质量尺度下的量子力学探索以及创建大量子叠加的可能性。
2014-11-25 physics.optics quant-ph
Sympathetic cooling and squeezing of two co-levitated nanoparticles
该研究在Paul阱中实现两个库仑耦合带电二氧化硅纳米颗粒的协同冷却与协同压缩，为纳米颗粒阵列的冷却、操控及高灵敏传感提供协议。
2022-11-08 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Optimal Feedback Cooling of a Charged Levitated Nanoparticle with Adaptive Control
我们使用一个最佳的控制协议，以冷却一种模式的质量质心运动的光悬浮纳米粒子。反馈技术依赖于用一对电极对带电粒子施加库仑力，并遵循线性二次调节器的控制律，其增益通过机器学习算法在5 s内优化。通过比光学反馈方案更简单和更鲁棒的设置，我们在$3\times 10^{-7}$ mbar下实现了5 mK的最小质心温度和比冷阻尼快10至600倍的瞬态。这种冷却技术可以很容易地扩展到3D冷却，特别适用于要求高重复率的研究和悬浮物体的力传感实验。
2019-03-07 physics.ins-det physics.optics
Real-Time Kalman Filter: Cooling of an Optically Levitated Nanoparticle
我们证明，卡尔曼滤波器应用于估计的位置的光学悬浮的纳米粒子，并在现场可编程门阵列（FPGA）内实时操作，是足以执行闭环参数反馈冷却的中心的质量运动到亚开尔文温度。沿着被捕获的纳米颗粒的光轴的平移质心运动已经被冷却了三个数量级，从300 K的温度到162 +/-15 mK的温度。
2018-04-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Temperature of a nanoparticle above a substrate under radiative heating and cooling
控制涉及纳米颗粒和衬底的结构中的温度是涉及微和纳米级传热的应用的关键问题。我们研究了在单色光照射下，以热辐射作为唯一的热损失通道，单个纳米粒子与平板基底相互作用的热行为。我们开发了一个模型来计算纳米粒子的温度，基于一个有效的偶极极化率的方法。使用数值模拟，我们彻底调查影响纳米颗粒温度的各种参数的影响，如纳米颗粒到衬底的间隙距离，入射光的波长和偏振，或材料的共振。这项研究提供了一个工具，热表征和设计的微或纳米尺度系统耦合基板与纳米粒子或光学天线。
2017-02-01 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Resonances in dissipative optomechanics with nanoparticles: Sorting, speed rectification and transverse cooling
电介质粒子与激光驱动的光腔之间的相互作用产生了保守动力学和耗散动力学，可以用来悬浮、捕获和冷却纳米粒子。我们分析和数值研究的双模设置中，沿腔轴的光势取消，使所产生的动力学几乎是纯粹的耗散。对于激光驱动器的适当失谐，这种耗散的光机械动力学可以用于根据颗粒的尺寸对颗粒进行分类，以矫正它们的速度并增强横向冷却。
2013-03-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Simultaneous ground-state cooling of two mechanical modes of a levitated nanoparticle
研究通过相干散射实现悬浮纳米粒子二维基态冷却，避免暗模式效应，将两个质心模式占据数降至0.83和0.81，为全3D基态冷却和高轨道角动量态生成奠定基础。
2022-10-05 physics.optics quant-ph
Suppressed-scattering windows for radiative cooling applications
共振纳米粒子对光的光的散射是提高日光辐射制冷中太阳反射率的关键过程。在这里，我们研究了材料分散对用于辐射冷却应用的流行纳米颗粒的散射性能的影响。我们发现，由于材料分散，纳米粒子在可见光频率下具有定性相似的响应，在红外频率下表现出根本不同的散射特性。据发现，分散的纳米粒子表现出抑制散射窗口，允许选择性的热发射内的高反射率的样品。抑制散射窗口的存在仅取决于材料色散，并且即使在随机复合材料和周期性超颖表面中，它们也被钉扎到相同的波长。最后，我们调查硅酸钙水合物（CSH），混凝土的主要阶段，作为分散主机的一个例子，说明纳米粒子和主机的协同设计允许调整的抑制散射窗口。我们的研究结果表明，控制纳米孔隙率将使混凝土与日光被动辐射冷却能力。
2022-09-23 physics.app-ph physics.optics
Cavity-Based 3D Cooling of a Levitated Nanoparticle via Coherent Scattering
我们实验实现了真空中悬浮纳米粒子的所有三个平移运动度的腔冷却。该粒子被一个与腔无关的光镊捕获，相干散射光镊光进入蓝失谐腔模。对于周围的真空压力$10^{-5}\,{\rm mbar}$，沿腔轴的最低温度在mK制度进行观察。同时，沿着其他两个空间方向的质心（COM）运动被冷却到几百个$\rm mK$的最低温度。通过测量压力变化时的温度和阻尼率，我们发现冷却效率依赖于腔内驻波中粒子的位置。该数据和COM温度作为腔失谐和镊子功率的函数的行为与实验的理论分析是一致的。我们的方法的实验限制和机会进行了概述。
2019-04-01 physics.optics quant-ph
Mie Resonance Enhancement of Laser Cooling in Rare-Earth Doped Materials
固体激光冷却因其广泛的应用范围而备受关注，从机载和空间应用的厘米级全光学制冷机到生物和介观物理的纳米粒子冷却。纳米颗粒的激光冷却是一项具有挑战性的任务。我们提出利用米氏共振增强反斯托克斯荧光激光冷却在稀土（RE）掺杂的纳米颗粒制成的低声子玻璃或晶体。作为一个例子，我们考虑在1030 nm的Yb 3+吸收光谱的长波长尾部泵浦的Yb 3+：YAG纳米球。我们表明，如果纳米球的半径被调整到泵浦波长，以这样的方式，泵浦激发它的米氏共振模式的一些，在样品中产生的冷却功率密度是相当大的增强和样品的温度因此是相当大的（~ 63%）降低。这一概念可以扩展到不同形状的纳米颗粒，并由不同的低声子RE掺杂材料制成，适合于通过反斯托克斯荧光进行激光冷却。
2021-02-25 physics.app-ph physics.optics
Interference-Based 3D Optical Cold Damping of a Levitated Nanoparticle
Institute for Functional Matter and Quantum Technologies and Center for Integrated Quantum Science and Technology (IQST), University of Stuttgart（斯图加特大学功能物质与量子技术研究所及集成量子科学与技术中心）
利用干涉增强的光学力实现悬浮纳米粒子的三维冷阻尼，无需额外光路或陷阱重构，适用于中性粒子的量子控制。
2026-03-12 physics.optics
Optical cold damping of neutral nanoparticles near the ground state in an optical lattice
我们提出并证明了纯光学反馈冷却中性纳米粒子在光晶格的占领数为$0.85\pm0.20$。冷却力来源于在俘获激光器上产生的具有两个边带的移位光晶格的光学梯度。为了实现基态附近冷却所需的高精度位置观测，我们在$\unit[30]{kHz}$到$\unit[600]{kHz}$的频带中将激光强度噪声降低到相对功率噪声$\unit[6\times10^{-8}]{/Hz}$。我们建立了一种可重复的方法，通过放电和紫外光照射相结合，在高真空中中和纳米粒子。我们的结果形成了一个重要的基础，超冷纳米粒子的量子力学性质的调查，也是有用的中性纳米粒子的精密测量。
2022-06-21 physics.optics quant-ph
Observation of recoil-induced resonances and electromagnetically induced absorption of cold atoms in diffuse light
本文报道了在漫射光中观察到冷Rb ~（87）原子的反冲共振（RIR）和电磁诱导吸收（EIA）的实验结果。RIR和EIA的泵浦光来自积分球中的漫射光，积分球也用于冷却光。探测光束是从冷却激光器分离的弱激光，以保持冷却激光器和探测激光器相关。我们测量了RIR和EIA信号随漫射光失谐量的变化，并测量了不同失谐量下冷原子的温度。讨论了在漫射光抽运和激光探测的结构下，冷原子的RIR和EIA机制，并研究了在漫射光冷却系统中冷原子的非线性谱与在光学糖蜜和磁光阱中冷原子的非线性谱的差异。
2009-03-22 physics.atom-ph physics.optics
Cavity cooling of an optically levitated nanoparticle
捕获和操纵单个原子的能力是当前实现量子模拟、量子计算和长距离量子通信的核心。控制较大粒子的运动为量子科学开辟了新的途径，无论是在物质波干涉的背景下研究基本量子现象，还是在量子光力学的背景下新的传感和转换应用。具体而言，已经提出，在高真空中的单个纳米颗粒的腔冷却允许在室温环境中产生运动的量子态以及前所未有的力灵敏度。在这里，我们迈出了进入这一制度的第一步。我们演示了由大约10 e9个原子组成的光学悬浮纳米粒子的腔冷却。粒子被捕获在适度的真空水平的几个毫巴的驻波场的光学腔和冷却通过相干散射到同一腔的模式。我们估计，我们的冷却速率足以用于基态冷却，前提是未来可以实现10 e-7毫巴真空水平下的光学捕获，例如，通过采用附加的主动反馈方案来在三维中稳定光阱。这为新的光-物质界面铺平了道路，使介观力学系统的室温量子实验成为可能。
2013-05-01 physics.optics quant-ph
Lateral forces on nanoparticles near a surface under circularly-polarized plane-wave illumination
光学力允许操纵小颗粒和控制纳米光子结构与光束。在这里，我们描述了一个反直观的横向光学力作用于粒子放置在基板上，均匀的平面波照明下，没有任何场梯度。我们表明，在圆偏振照明下，纳米粒子经历的偶极，自旋敏感的散射的结果的横向力，与其他光学力的幅度相当。为此，我们严格计算的力所经历的圆极化偶极子辐射以上的表面。与线性极化偶极子不同，平行于表面的力分量可以存在，这是由在表面处激发的单向导模的反冲和/或由偶极子-偶极子与诱导的镜像偶极子的相互作用引起的。这些结果已在会议[1]和[2]中介绍和讨论。
2015-04-14 physics.optics
Cavity cooling of free silicon nanoparticles in high-vacuum
在过去的三十年里，激光冷却促进了原子物理学的发展，因为它允许人们制备只能用量子力学描述的运动态原子。然而，大多数方法，例如多普勒冷却、偏振梯度冷却或亚反冲激光冷却，依赖于激光和明确定义的内部状态之间的近共振和循环耦合。虽然最近甚至在双原子分子中实现了这一壮举，但对于介观粒子来说非常困难。有人提出，外部空腔可以补偿介电物体中内部循环转变的缺乏，因此可以帮助冷却它们的质心状态。在这里，我们展示了在真正的高真空（< 10^8毫巴）中传播的硅纳米颗粒的横向动能的腔冷却。我们使用激光诱导的热机械应力在原始硅晶片上以纵向速度甚至低至v < 1 m/s来创建和发射它们。与高精细度红外腔的光的相互作用使它们的横向动能减少了30倍以上。这是对最近提出的探索质量范围在10^7到10^10 amu之间的物体的量子力学的非线性的新测试的重要一步。
2013-06-19 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Nonlinear dynamics and millikelvin cavity-cooling of levitated nanoparticles
光学机械系统探索和利用光与物质的机械运动之间的耦合。一个非线性耦合提供了丰富的新物理，在量子和经典制度。我们调查一个动态的，而不是通常研究的静态，非线性光学机械系统，包括悬浮和冷却的纳米球的混合电-光阱。光学腔提供线性位置和二次位置（非线性）光物质耦合的读出，同时在高真空中无限期地将纳米球冷却到毫开尔文温度。我们观察到冷却的线性和非线性运动，导致$10^5$倍减少声子数$n_p$，达到最终occupancy的$n_p = 100-1000$。这项工作使悬浮物体的腔冷却到量子基态变得触手可及。
2015-11-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Rotational Doppler cooling and heating
多普勒冷却是利用平移变换中的多普勒频移来激光冷却原子和纳米颗粒的广泛使用的技术。由旋转坐标变换引起的旋转多普勒效应应该类似地使得能够对旋转纳米系统中的旋转自由度进行光学操纵。在这里，我们表明，旋转多普勒冷却和加热（RDC和RDH）的影响体现了丰富的和未探索的物理，如强烈依赖于粒子形态。对于几何约束的粒子，例如可以代表双原子分子的纳米棒，RDC和RDH遵循与其平移多普勒对应物类似的规则，其中冷却和加热总是分别在红色或蓝色失谐的激光频率下观察到。令人惊讶的是，可以被建模为固体颗粒的纳米系统显示出惊人的不同响应，其中RDH出现在接近其共振的频率范围内，而失谐的频率产生旋转冷却。我们还预测，RDH效应可以导致前所未有的自发手征对称性破缺，从而在线性偏振照明下的非手性粒子开始自发旋转，使其非平凡的相比，平移多普勒效应。我们的研究结果为控制分子和纳米颗粒的旋转运动开辟了新的令人兴奋的可能性。
2019-08-21 physics.optics
Feedback cooling of a levitated nanoparticle in a radially polarized vector beam trap
University College London（伦敦大学学院）；David Potter Institute for Quantum Information and Spacetime, University College London（伦敦大学学院戴维·波特量子信息与时空研究所）；Department of Physics and Astronomy, University College London（伦敦大学学院物理与天文学系）
本文演示了径向矢量光束陷阱中二氧化硅纳米粒子的光学悬浮与反馈冷却，实现了毫开尔文温度，为利用结构光抑制悬浮量子光力学中的加热效应奠定了基础。
2026-09-28 physics.optics quant-ph
Suppressing Recoil Heating in Levitated Optomechanics using Squeezed Light
本文理论上证明利用压缩光可任意抑制悬浮光机械学中的激光反冲加热，通过控制散射光信息量实现超越标准量子极限的检测，并预测可减少至少60%至98%的加热，提升量子相干时间。
2023-09-06 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Inert shell coating for enhanced laser refrigeration of nanoparticles: application in levitated optomechanics
Sydney Quantum Academy（悉尼量子学院）；School of Mathematical and Physical Sciences, Macquarie University（麦考瑞大学数理科学学院）；ARC Centre of Excellence for Engineered Quantum Systems, Macquarie University（麦考瑞大学工程量子系统卓越研究中心）；School of Engineering, Macquarie University（麦考瑞大学工程学院）；ARC Centre for Nanoscale BioPhotonics, Macquarie University（麦考瑞大学纳米生物光子学中心）
研究设计了具有惰性壳层的纳米颗粒以提高激光制冷效率，发现壳层结构使部分纳米颗粒显著降温，达到147K，为实现绝对冷却开辟新途径。
2023-07-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
6 GHz hyperfast rotation of an optically levitated nanoparticle in vacuum
我们报告了一个实验观察的破纪录的超高旋转频率约6 GHz的光悬浮纳米粒子系统。我们用高数值孔径（NA）的物镜在重力方向上光学捕获纳米颗粒，这在补偿散射力和电泳力对陷阱的影响方面显示出显著的优势，特别是在中等压力（约100 Pa）下。这使我们能够在不使用反馈冷却的情况下从大气压到低压（$10^{-3}$ Pa）捕获纳米颗粒。我们测量的最高旋转频率约为4.3 GHz的被困纳米粒子没有反馈冷却和6 GHz的旋转与反馈冷却，这是迄今为止报道的最快的机械旋转。我们的工作提供了有用的指导，有效地观察超高速旋转的光学悬浮系统，并可能会发现各种应用，如超灵敏的扭矩检测，探测真空摩擦，并测试非常规的退相干理论。
2021-04-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
An analytical model for the detection of levitated nanoparticles in optomechanics
悬浮粒子的干涉位置检测是实现悬浮粒子质心运动、冷却和操纵的关键。结合平衡检测和反馈冷却，该系统提供了皮米级位置灵敏度，zeptonewton力检测和亚毫开尔文CM温度。在这篇文章中，我们开发了这个检测系统的分析模型，并比较其性能与实验结果，使我们能够解释频谱中的杂散频率的存在。
2018-01-15 physics.ins-det physics.optics
Critical Ambient Pressure and Critical Cooling Rate in Optomechanics of Electromagnetically Levitated Nanoparticles
介绍了临界环境压力的概念。当环境压力变得与临界值相当或小于临界值时，粒子从其陷阱中逃脱，即使粒子运动被迄今为止实现的反馈（或腔）冷却方案之一冷却。临界环境压力可能很小，以至于它不是基态冷却的限制因素，但也引入了临界反馈冷却速率，这是限制因素。如果任何反馈冷却速率变得与其临界值相当或大于其临界值，则粒子逃离其陷阱。临界反馈冷却速率不同于众所周知的测量噪声的表现形式。对应于粒子运动的某个分量的临界反馈冷却速率通常小于标准量子极限发生时的最佳反馈冷却速率，除非该分量由库仑力（而不是光学梯度力）冷却。此外，假定z分量的测量噪声小于其它两个分量的测量噪声（假设照射用于光电检测的粒子的光束平行于z轴传播），其中粒子运动的z分量通过库仑力冷却的反馈方案具有最佳性能。这一结论与本文第一版发表的实验结果一致。的临界环境压力，临界反馈冷却速率，和最小可实现的平均声子数的系统的参数的依赖性，推导出，并可以通过实验验证。所提出的关于电磁力、电磁力波动和测量噪声的见解和细微之处可能在除了这里所研究的系统之外的许多系统中有用。
2021-10-27 physics.optics quant-ph
Scalable all-optical cold damping of levitated nanoparticles
悬浮动力学领域在控制和研究悬浮纳米颗粒的运动方面取得了重大进展。运动控制依赖于经由腔的自主反馈或经由外力的基于测量的反馈。基于测量的单个纳米颗粒的基态冷却的最近演示采用线速度反馈，也称为冷阻尼，并且需要经由外部电极在带电粒子上使用静电力。在这里，我们介绍了一种新的全光冷阻尼方案的基础上的陷阱位置的空间调制，可扩展到多个粒子。该方案依赖于使用可编程的光镊，以提供完全独立的控制陷阱频率和每个镊子的位置。我们表明，该技术冷却的质量中心运动的粒子下降到$17\,$ mK在压力为$2 \times 10^{-6}\,$毫巴，并证明其可扩展性，同时冷却两个粒子的运动。我们的工作为研究粒子之间的量子相互作用铺平了道路，实现了粒子运动的3D量子控制，而无需基于腔的冷却，电极或带电粒子，并探测悬浮光机械系统中的多体纠缠。
2022-05-09 physics.optics quant-ph
5D cooling and nonlinear dynamics of an optically levitated nanodumbbell
真空中的光悬浮非球形粒子是扭矩传感、旋转量子力学、高频引力波探测和多种其他应用的优秀候选者。许多潜在的应用，如检测Casimir扭矩附近的双折射表面，需要同时冷却的质心运动和扭转振动（或旋转）的非球形纳米粒子。在这里，我们报告了悬浮纳米颗粒的第一个5D冷却。我们在线偏振激光器中同时冷却了悬浮纳米钟的3个质心运动模和2个扭转振动模。唯一未冷却的刚体自由度是纳米哑铃绕其长轴的旋转。这种自由旋转模式不直接耦合到光镊。令人惊讶的是，我们观察到它强烈影响纳米钟的扭转振动。这项工作加深了我们对悬浮纳米粒子的非线性动力学和旋转耦合的理解，并为实现其运动的完全量子控制铺平了道路。
2020-04-06 physics.optics quant-ph
Achievability of Quantum Regime in Optomechanics of Electromagnetically Levitated Nanoparticles: Inclusion of Gradient Force Fluctuations
与直觉相反的是，实验表明，当环境压力降低到一定水平以下时，即使粒子的运动被基于谐振器或基于反馈的机制冷却，电磁悬浮粒子也会从陷阱中逃脱。在这里，我们从理论上表明，环境压力必须保持远高于临界值所产生的梯度力波动（即，电磁力的一部分的波动，其哈密顿量在粒子的位置上是二次的）。此外，我们考虑其他力的波动，并确定不同的实现反馈冷却是否能够达到基态。在一些实现中，冷却速率必须保持远低于由反馈引起的梯度力波动引起的临界值。
2019-05-06 physics.optics quant-ph
Parametric Feedback Cooling of Rigid Body Nanodumbbells in Levitated Optomechanics
我们从理论上研究了参数反馈冷却下光悬浮纳米钟的刚体动力学，并提供了一个简化的模型来描述运动。与以前的研究不同，纳米粒子绕其对称轴的自旋被认为是不可忽略的。模拟结果表明，标准的参数反馈冷却可以提取能量从两个五个旋转自由度的纳米粒子悬浮时，使用线性偏振激光束。反馈冷却后的动力学的特征在于由一个正常的模式，描述进动的激光偏振轴与自旋的纳米粒子的对称轴。冷却剩余的模式需要在与关于偏振轴的运动相关联的两个振动频率中的不对称性以及关于偏振轴的两个旋转频率的信息。引入非对称势允许完全冷却的librational坐标，如果两者的频率都用于反馈调制，是进入librational量子制度的途径。势中的不对称性需要足够大以用于实际冷却时间，因为系统的冷却速率非线性地取决于不对称性的程度，这是实验上容易实现的条件。
2018-12-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Internal Temperature and Center-of-Mass Dynamics of a Levitated Nanoparticle: A Simulator
Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales（布宜诺斯艾利斯大学，理学院）；CONICET - Universidad de Buenos Aires, Instituto de Física de Buenos Aires (IFIBA)（阿根廷国家科学研究委员会-布宜诺斯艾利斯大学，布宜诺斯艾利斯物理研究所）
该研究开发了一款模拟器，用于模拟悬浮在保罗阱与光镊组合装置中的纳米粒子的质心运动、内部温度等耦合动力学，涵盖多种力与热相关物理过程。
2026-08-17 physics.optics
Cavity cooling of a levitated nanosphere by coherent scattering
我们报告三维冷却的悬浮纳米粒子内的光学腔。冷却机制由光镊的腔增强相干散射提供。所观察到的3D动力学和冷却速率是理论上预期的粒子运动和腔场之间的相互作用中的线性和二次项的存在。通过实现纳米级控制的颗粒位置，我们优化的位置相关的耦合，并证明轴向冷却的两个数量级的背景压力高达$6\times10^{-2}$毫巴。我们还估计了一个显着的（$> 40$ dB）抑制激光相位噪声，因此残留加热，这是一个特定的功能的相干散射计划。所观察到的性能意味着，量子基态腔冷却悬浮纳米粒子可以实现低于$10^{-7}$毫巴的背景压力。
2019-02-05 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Quantum theory of non-Hermitian optical binding between nanoparticles
针对悬浮纳米颗粒的非互易光学结合，本文建立含相关量子噪声的非厄米相互作用量子理论与马尔可夫主方程，并给出实现单向耦合的途径。
2024-12-04 physics.optics quant-ph
Squeezed light from a levitated nanoparticle at room temperature
力学系统的量子测量可以通过有质动力产生光压缩。它的观测需要高度的环境隔离和有效的检测，通常通过使用光学腔和低温冷却来实现。在这里，我们实现了这些条件，通过测量在室温下的光学悬浮纳米粒子的位置，没有开销的光学腔。我们使用一个快速的外差检测，同时重建正交光学求积，并观察$9\%\pm0.5\%$的噪声降低低于散粒噪声。我们的实验为挤压光增强传感提供了一种新颖的无腔平台。同时，它描绘了一个清晰而简单的策略，以观察平稳的光机纠缠。
2022-02-21 physics.optics quant-ph
Levitated optomechanics with cylindrically polarized vortex beams
University College London（伦敦大学学院）
本文研究柱对称偏振涡旋光束用于光悬浮光力学，可显著降低反冲加热，支持更大粒子捕获，并产生非线性势以创建非经典运动态。
2026-11-02 physics.optics quant-ph
Narrow Line Cooling and Momentum-Space Crystals
窄谱线激光冷却正在推进从基础原子物理学研究到高精度光学频率标准的实验前沿。在本文中，我们提出了一个广泛的描述的系统和必要的技术，实现689 nm 1 S 0 - 3 P1窄线冷却的原子88 Sr。窄线冷却和捕获动力学也进行了详细研究。通过控制功率展宽跃迁线宽和单光子反冲频移的相对大小，我们表明，它是可能的连续桥接半经典和量子力学冷却之间的差距。新的半经典冷却过程，其中一些是密切相关的重力，也进行了探讨。此外，对于以上的原子共振调谐的激光频率，我们证明动量空间晶体包含多达26个明确定义的晶格点。重力辅助冷却也可以用蓝色失谐光来实现。理论上，我们发现蓝失谐动力学是普遍的多普勒限制系统。本文对窄谱线激光冷却作了迄今为止最全面的研究。
2004-07-02 physics.atom-ph physics.optics
Recoil heating of a dielectric particle illuminated by a linearly polarized plane wave within the Rayleigh regime
本研究推导了瑞利区内线偏振平面波作用下介电球形粒子的涨落力谱密度在不同方向的具体表达式，明确了反冲加热对悬浮光力学相关性能的根本性限制。
2024-05-15 physics.optics quant-ph
Nanoscale feedback control of six degrees of freedom of a near-sphere
本研究实现了近球形中性纳米粒子全部角运动和平移运动的反馈冷却，达到接近基态，并开发了角振荡测温技术，为精确表征纳米粒子及探索其量子力学行为奠定基础。
2023-06-30 physics.optics quant-ph
Parametric Feedback Cooling of Levitated Optomechanics in a Parabolic Mirror Trap
我们展示了一个简单而强大的几何光学捕获在真空中的一个单一的纳米粒子的基础上的抛物柱面镜和光学梯度力，我们展示了快速的参数反馈冷却的所有三个运动自由度从室温到几mK。在1550 nm处的单个激光器和单个光电二极管用于所有三个维度的捕获、位置检测和冷却。直径为26 nm至160 nm的颗粒在没有反馈至10 $^{-5}$ mbar的情况下被捕获，并且在使用反馈的情况下，压力降低至10 $^{-6}$ mbar。在噪声和反馈的存在下的谐波运动的修改进行了研究，并估计实验机械品质因数$>4\times 10^7$。
2017-01-23 physics.optics quant-ph
Using laser and ultrasound devices for breast cancer treatment: studying the effects of gold nanoparticles injection
本文通过数值模拟研究金纳米颗粒辅助下激光联合超声治疗乳腺癌的效果，证明该组合方法可同时根除肿瘤浅表与深部区域并增大组织坏死体积。
2024-09-29 physics.med-ph physics.optics
Optical trapping and control of nanoparticles inside evacuated hollow core photonic crystal fibers
我们展示了一个光学传送带的悬浮纳米粒子超过几厘米内的空气填充和抽空空芯光子晶体光纤（HCPCF）。透射光场的检测允许三维读出粒子质心运动。附加的激光器能够在整个光纤长度上实现基于轴向辐射压力的反馈冷却。我们表明，粒子动力学是一个敏感的本地探针，用于表征光纤内的光强分布以及沿光纤轴的压力分布。与以前的间接测量方法相比，我们发现HCPCF内部的线性压力依赖性从0.2 mbar到100 mbar延伸了三个数量级。目标应用是将纳米颗粒从环境压力受控输送到中等真空中。
2016-03-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Gold nanoparticle assemblies: Interplay between thermal effects and optical response
基于金纳米颗粒组装体的材料的光学响应取决于关于材料形态和光激发特性的许多参数。在本文中，这种介质的光学和热响应之间的相互作用，特别是在其理论方面进行了研究。传统的和原始的建模方法，并应用到具体的情况下。我们首先展示了光与基质嵌入的金纳米颗粒的相互作用如何通过不同的能量交换机制导致热激发的产生。然后，我们描述了热过程如何影响纳米粒子组装的光学响应。最后，我们连接这两个方面，并指出他们参与的非线性光学响应的纳米复合介质。这使我们能够解决金纳米粒子三阶非线性特性领域的两个关键问题：长激光脉冲区域中广义热透镜的影响和热电子对金粒子固有三阶极化率的贡献，包括其光谱色散和强度依赖性。此外，我们证明了可能的显着影响的热载体弹道制度和声子稀疏的冷却动力学的嵌入式金纳米粒子超快脉冲激光激发后。
2008-04-17 cond-mat.other physics.class-ph physics.optics
Motional Quantum Ground State of a Levitated Nanoparticle from Room Temperature
我们报道了室温下悬浮纳米粒子的量子基态冷却。使用相干散射到光学腔中，我们将$143$ nm直径的二氧化硅颗粒的质心运动冷却超过$7$数量级到沿腔轴的$n_x=0.43\pm0.03$声子，对应于$12~μ$ K的温度。我们推断的加热速率为$Γ_x/2π= 21\pm 3$ kHz，这将导致$7.6~μ$ s的相干时间-或$15$相干振荡-而粒子在$10^{-6}$ mbar的压力下被光学捕获。推断出的$g_x/2π= 71$ kHz的光机耦合率将系统很好地置于强协同性（$C \approx 5$）的范围内。我们预计，超高真空与自由落体动力学的结合将使这种纳米粒子的时空相干性进一步扩大几个数量级，从而为宏观量子实验开辟新的机会。
2019-11-22 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
