Coherent control of levitated nanoparticles via dipole-dipole interaction
本研究提出双悬浮纳米粒子耦合系统方案，通过调制捕获激光相位和粒子间距诱导非互易耦合，实现热压缩态、随机相位相干态的高保真传输，并借助反馈非线性与参量驱动达成同时双稳态，可应用于量子信息等领域。
2024-04-15 physics.optics quant-ph
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
3D sympathetic cooling and detection of levitated nanoparticles
冷却悬浮纳米粒子的质心运动为介观尺度的量子实验提供了一条途径。在这里，我们展示了三维交感冷却和检测的质量中心的运动悬浮二氧化硅纳米粒子。纳米粒子静电耦合到反馈冷却的粒子，而这两个粒子被困在同一个保罗陷阱。我们确定了两个制度，根据冷却的强度：在第一个制度，同情冷却的粒子热化与直接冷却的，而在第二个制度，同情冷却的粒子达到最低温度。这一结果提供了一种有效冷却和检测不能用强激光照射的颗粒（如吸收性颗粒）的途径，并为控制几个捕获的纳米颗粒阵列的运动铺平了道路。
2023-03-27 physics.optics quant-ph
Non-Hermitian physics of levitated nanoparticle array
该研究受双悬浮纳米颗粒可实现可调非互易偶极相互作用的启发，提出悬浮纳米颗粒阵列作为非厄米物理研究平台，通过非布洛赫能带理论揭示其丰富动力学相与连续谱能带自交叉等特性。
2023-10-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
PT Symmetry, induced mechanical lasing and tunable force sensing in a coupled-mode optically levitated nanoparticle
本研究从理论上探究光学悬浮耦合模纳米颗粒的PT对称特性，证实非对称光学势调制可实现PT对称机械行为与诱导机械激射，并可构建可调谐超灵敏力传感，推进了悬浮振荡器相干操控及传感应用研究。
2024-04-17 physics.optics quant-ph
Interference of the scattered vector light fields from two optically levitated nanoparticles
我们实验研究了真空中两个光学悬浮纳米颗粒的偶极散射光的干涉，真空中呈现出没有颗粒与基底相互作用的环境。我们用与捕获激光束的传播正交的线偏振探测光束照射两个被捕获的纳米颗粒。来自纳米颗粒的散射光由高数值孔径（NA）物镜收集并成像。观察到了矢量光散射在像空间和傅里叶空间中不同偶极子取向的干涉条纹。特别地，两个具有偏振涡旋的散射光场的干涉条纹显示了两个纳米颗粒中心区域内外的干涉条纹在像空间中的π位移。据我们所知，这是第一次在实验上观测到自由空间中两个偶极子散射矢量光场的干涉。本工作还提供了一种简单直接的方法来确定光学悬浮纳米颗粒之间的空间尺度的干涉条纹。
2022-05-23 physics.optics quant-ph
A levitated nanoparticle as a classical two-level atom
单个光学悬浮纳米粒子的质心运动类似于三个非耦合谐振子。我们展示了如何一个合适的调制的光阱势可以引起两个这些振荡器之间的耦合，使他们的动力学是由一个经典的运动方程，类似于薛定谔方程的二能级系统。基于实验数据，我们说明了这个参数耦合系统的动力学在频域和时域。我们讨论的局限性和差异的力学模拟相比，一个真正的量子力学系统。
2017-04-07 physics.optics quant-ph
Stationary Gaussian Entanglement between Levitated Nanoparticles
光子的相干散射是一种新颖的光学悬浮纳米粒子的光机械耦合机制，有望实现与光以及纳米粒子之间的强而多样的相互作用。我们表明，它允许有效的确定性产生的高斯纠缠在两个粒子在单独的镊子。红色和蓝色失谐镊子的组合将机械Bogoliubov模式带到其基态。额外的分散耦合腔模式可以减少正交模式中的噪声，从而产生强纠缠，如对数负性所量化的，并且可以用真实实验参数的Duan标准来验证。这种用于量子传感和量子模拟的重要资源对于当前的实验是关键的，并且向量子机制中的多粒子光力学迈出了重要的一步。
2020-12-22 physics.optics quant-ph
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
Feedback-induced Bistability of an Optically Levitated Nanoparticle: A Fokker-Planck Treatment
光学悬浮纳米粒子最近已成为研究宏观量子力学和实现超灵敏计量学的通用平台。在这篇文章中，我们从理论上考虑两个阻尼制度的光悬浮纳米粒子冷却无腔参数反馈。我们的处理是基于一个广义的Fokker-Planck方程，它是从最近提出的量子主方程导出的，并且与实验[1]非常吻合。对于低阻尼，我们发现所得的维格纳函数产生单峰振子位置分布，并恢复了先前使用经典理论推导并通过实验验证的适当能量分布[2]。对于高阻尼，相比之下，我们预测一个双峰位置分布，我们跟踪到一个潜在的反馈引起的双稳态。与基于腔的光学力学不同，随机过程在确定光致伸缩行为中起主要作用。为了支持我们的结论，我们提出了解析表达式，以及使用截断维格纳函数的方法进行数值模拟。我们的工作开辟了前景，开发基于双稳态的设备，相空间动力学的表征，并使用悬浮纳米粒子的量子经典跃迁的调查。
2016-04-25 physics.optics quant-ph
Controlling the net charge on a nanoparticle optically levitated in vacuum
真空中的光悬浮纳米粒子是一个很有前途的模型系统，可以用来测试我们目前对量子力学理解之外的物理学。这种实验测试需要对悬浮粒子运动的失相进行极端控制。如果纳米颗粒携带有限的净电荷，则其由于波动的电场而经历随机库仑力。这种失相机制可以通过排放悬浮颗粒来完全排除。在这里，我们提出了一个简单而可靠的技术来控制在真空中的光悬浮纳米粒子的电荷。我们的方法是基于在放电中产生电荷，不需要额外的光学或机械接近光阱。
2017-05-12 physics.optics
Force sensing with an optically levitated charged nanoparticle
悬浮光学机械显示出精确力测量的潜力。在这里，我们报告一个案例研究，实验表明这种力传感器的能力。使用电场作为工具来检测施加到悬浮纳米球上的库仑力。我们实验观察到的空间位移高达6.6 nm的悬浮纳米球施加直流电场。我们进一步施加AC场，并证明当驱动频率$ω_{AC}$和悬浮机械振荡器的频率$ω_0$收敛时，力感测的共振增强。我们直接测量力为$3.0 \pm 1.5 \times 10^{-20}$ N，积分时间为10秒，质心温度为3 K，压力为$1.6 \times 10^{-5}$ mbar。
2017-09-11 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
Cold Damping of an Optically Levitated Nanoparticle to micro-Kelvin Temperatures
我们实现了一个冷阻尼方案，以冷却的光悬浮纳米粒子的质心运动的一个模式，在真空中从室温到100微开尔文的创纪录的低温度。测得的反馈增益和热退相干率的温度依赖性是在一个无参数模型非常好的协议。我们确定了我们的系统的不精确反作用产品，并提供了一个路线图对光学悬浮纳米粒子的基态冷却。
2018-12-24 physics.optics
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
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
Interference-enhanced optical force detection of weak light fields using a levitated nanoparticle
本研究提出一种基于干涉的方法，通过让弱光场与光镊的强捕获光束干涉来放大弱场对纳米粒子的光力，在适度真空下实现皮瓦级灵敏度的非破坏性光场检测，并有望用于单光子水平的光机械相互作用探索。
2025-07-17 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
Long distance manipulation of a levitated nanoparticle in high vacuum
高真空中小靶的精确发射是许多科学技术部门的关键任务。除了为原子、蛋白质、宏观团簇和小球开发的不同策略之外，在宏观距离上操纵中性粒子仍然是一个巨大的挑战。在这里，我们报告了一种新的方法的基础上的移动光阱下操作的反馈控制，使远程3D操作的二氧化硅纳米粒子在高真空。我们应用这种技术，通过一个负载锁真空系统，将单个纳米粒子加载到一个高精细光学腔中。我们预见我们的方案将有利于悬浮纳米物体的光力学领域以及超灵敏的检测和监测。
2015-10-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Trap-to-trap free falls with an optically levitated nanoparticle
本文利用可快速开关和垂直移动的光镊，实现了电荷中性纳米粒子的自由下落与再捕获，观测到位置不确定度增大近两百倍，并提出通过线性反馈和超高真空实现毫秒级自由下落，以推动悬浮物体的大尺度离域化研究。
2025-07-17 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
Cold damping of levitated optically coupled nanoparticles
研究展示了对光结合力耦合的一对纳米粒子的简正模进行独立或同时冷阻尼，使其在5x10^{-3} mbar下降至亚开尔文温度，为介观量子相互作用和多粒子纠缠研究开辟了道路。
2023-05-19 physics.optics quant-ph
Near-field coupling of a levitated nanoparticle to a photonic crystal cavity
悬浮介质粒子的量子控制是量子光力学中的一个新兴课题。一个主要的挑战是有效地测量和操纵粒子的运动在海森堡不确定性极限。在这里，我们提出了一个纳米光子接口适合解决这个问题。通过光学捕获一个150 nm的二氧化硅颗粒，并将其放置在近场的光子晶体腔，我们实现了可调谐的单光子光学机械耦合高达$g_0/2π=9$ kHz，三个数量级大于先前报道的悬浮腔光学机械系统。通过纳米光子结构的光的有效收集和引导导致与常规远场检测相比增加两个数量级的每光子位移灵敏度。所展示的性能为室温量子光学力学提供了一条有前途的途径。
2019-01-13 physics.optics quant-ph
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
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
Revealing the velocity uncertainties of a levitated particle in the quantum ground state
研究通过飞行时间测量揭示了超冷悬浮纳米颗粒在量子基态下的速度分布，发现摆动运动会导致速度展宽，反馈冷却后宽度约为量子极限的两倍，为探索其量子力学性质奠定基础。
2023-08-03 physics.optics quant-ph
Position measurement of a levitated nanoparticle via interference with its mirror image
用于检测悬浮的纳米颗粒的运动的干涉方法提供了到量子基态的路径，但是这种方法目前受到参考光束和由颗粒散射的偶极场之间的模式失配的限制。在这里，我们展示了一个自干涉的方法来检测粒子的运动，解决了这个问题。保罗陷阱限制在高真空中的带电介电纳米粒子，和镜子回射散射光。我们测量粒子的运动与$1.7\times 10^{-12} \text{m}/\sqrt{\text{Hz}}$的灵敏度，对应于2.1%的检测效率，与0.18的数值孔径。作为该方法的应用，我们通过反馈将粒子冷却到低于使用标准位置测量在相同设置中实现的温度。
2021-12-30 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Optical potential mapping with a levitated nanoparticle at sub-wavelength distances from a membrane
真空悬浮物体在材料表面附近的可控定位对于研究短程力（如卡西米尔力、界面摩擦力或尚未探索的参数范围内的重力）具有重要意义。在这里，我们光学悬浮纳米粒子在激光束强烈聚焦在介电膜。通过研究被囚禁粒子在真空中的运动，我们映射出了粒子的位置依赖的光学势。我们干涉测量粒子和表面之间的距离，并表现出稳定的捕获在亚波长附近的电介质表面。我们的工作是重要的芯片上悬浮光学力学的发展，并在亚波长距离测量短程力。
2018-03-13 physics.optics
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
Three-Dimensional and Selective Displacement Sensing of a Levitated Nanoparticle via Spatial Mode Decomposition
School of Mathematical and Physical Sciences, Macquarie University（麦考瑞大学数学与物理科学学院）；ARC Centre for Engineered Quantum Systems (EQUS), Macquarie University（麦考瑞大学ARC工程量子系统中心）；Sydney Quantum Academy（悉尼量子学院）；School of Physics, The University of Sydney（悉尼大学物理学院）
本文提出了一种新的检测方法，通过空间模式排序显著提高了悬浮二极散射体三维位移的实时测量精度，该方法能够最小化损耗地选择性提取所有平移自由度的位置信息。
2026-05-17 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
Nanoparticle arrays levitated in a cavity for quantum sensing
University College London（伦敦大学学院）
研究悬浮纳米粒子阵列的集体运动谱特性，发现机械模式梳在力传感中比传统集体亮模式更具优势，并具备自我修复损耗的能力。
2026-10-20 physics.optics quant-ph
Observation of strong and tunable light-induced dipole-dipole interactions between optically levitated nanoparticles
本研究在光学悬浮纳米粒子阵列中观测到强且可调的光诱导偶极-偶极相互作用，其源于光场相位相干性，并可通过偏振控制实现静电耦合，为可编程多体系统奠定基础。
2022-03-10 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Optical levitation of fluorescent silicon carbide nanoparticles in vacuum
本文在真空中稳定光悬浮含单光子发射体的3C型SiC纳米颗粒，验证其荧光保持，并研究低压损失与热退火增强捕获稳定性。
2025-04-25 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Optically levitated nanoparticle as a model system for stochastic bistable dynamics
纳米机械谐振器由于其对基础科学和应用科学的贡献而在纳米技术中获得了越来越重要的地位。然而，它们的小尺寸和质量带来了一些挑战，因为它们的动态特性受到非线性的影响，这会降低它们的性能，例如在传感应用中。在这里，我们报告的精确控制的非线性和随机双稳态动力学的悬浮纳米粒子在高真空。我们展示了它如何能够导致有效的信号放大方案，包括随机共振。这项工作铺平了道路，使用悬浮纳米粒子作为随机双稳态动力学的模型系统，应用到各种各样的领域。
2017-05-11 physics.app-ph physics.class-ph physics.data-an
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
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
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
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
Mass and Shape Determination of Optically Levitated Nanoparticles
本文结合基于电荷的质量测量、光散射形状测定与阻尼率各向异性分析，首次在真空中利用光镊捕获同一组硅石纳米颗粒，实现了对其质量与形状的同步区分，为精密测量和传感实验奠定基础。
2023-09-13 physics.ins-det 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
Fermat's Spiral-Based Characterization of Squeezed Nonlinear Motional States of Levitated Nanoparticle
提出基于费马螺旋的相空间坐标非线性变换方法，消除Duffing型非线性引起的运动态失真，有效表征悬浮纳米粒子的压缩非线性运动态并分离系统动力学影响。
2025-09-18 physics.optics quant-ph
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
Measuring the Internal Temperature of a Levitated Nanoparticle in High Vacuum
物体与其周围浴池的相互作用可以导致物体的内部自由度与其质心运动之间的耦合。这种耦合对于纳米机械振荡器尤其重要，纳米机械振荡器是在量子力学状态下制备宏观物体的最有前途的系统之一。在这里，我们利用这种耦合来获得悬浮纳米粒子的内部温度从其质心动力学的测量。对于高真空中激光捕获的二氧化硅粒子，我们发现内部温度为$1000(60)\,\mathrm{K}$。由于黑体辐射限制了宏观量子态的相干性，因此纳米机械振荡器内部温度的测量和控制具有根本的重要性。
2018-04-09 physics.ins-det physics.optics
Quantum squeezing of a levitated nanomechanical oscillator
通过快速改变振荡频率，实验实现了悬浮纳米粒子运动的量子压缩，速度方差降至基态的-4.9 dB，为宏观量子力学研究提供了平台。
2025-04-24 physics.optics quant-ph
Local sensing of gas microflows using a levitated nanoparticle
University of Vienna（维也纳大学）；German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心）；Duke University（杜克大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；The University of Melbourne（墨尔本大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
该研究利用悬浮纳米粒子作为微创探针，实现了微尺度几何结构中气体微流的高分辨率局域传感，可表征多流态非平衡气体输运，为微技术等领域提供了新型传感工具。
2026-10-14 physics.flu-dyn physics.optics
Internal Quantum Dynamics of a Nanoparticle in a Thermal Electromagnetic Field: a Minimal Model
我们认为，宏观电动力学是不适合描述的高真空中的悬浮纳米粒子和热电磁场之间的辐射热化过程。基于物理参数，我们提出了一个模型来描述这样的系统超越准平衡近似。我们利用路径积分技术对模型进行解析求解，精确计算了系统量子自由度随时间的演化。微观量子模型的自由参数通过将分析结果与众所周知的宏观响应函数相匹配来确定。在热电磁场中的悬浮纳米颗粒的内能的时间演化，如我们的模型所描述的，定性地不同于宏观电动力学，预测，可以通过实验测试。
2018-10-09 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Direct Measurement of Kramers Turnover with a Levitated Nanoparticle
理解热激活的从亚稳态的逃逸是重要现象的核心，例如蛋白质的折叠动力学，化学反应的动力学或机械系统的稳定性。在1940年Kramers计算逃逸率都在高阻尼和低阻尼制度，并建议率必须有一个最大的中间阻尼。这种现象，今天被称为克莱默营业额，引发了重要的理论和数值研究。然而，到目前为止，还没有直接和定量的实验验证这一营业额。使用纳米粒子被困在一个双稳态的光学势，我们实验测量纳米粒子的可变阻尼的过渡率，并直接解决Kramers营业额。我们的测量是在协议的分析模型，是自由的可调参数。
2017-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
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
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
Direct Measurement of Photon Recoil from a Levitated Nanoparticle
光子和物体之间的动量传递定义了测量物体精度的基本极限。如果物体以频率$Ω_0$振荡，则该测量反作用以$Γ_{\rm recoil}$的速率将量子$\hbarΩ_0$添加到振荡器的能量，这一过程称为光子反冲加热，并设置腔光学机械系统中的量子相干性时间的界限。在这里，我们使用光学悬浮纳米粒子在真空中直接测量$Γ_{\rm recoil}$。通过相敏反馈方案，我们冷却的纳米粒子的谐波运动从环境到微开尔文温度和测量其再加热率的影响下的辐射场。反冲加热率测量不同的颗粒尺寸和不同的激发功率，而不需要腔光学或低温环境。测量结果与理论预测定量一致，为量子基态冷却协议的实现和超小力的测量提供了有价值的指导
2016-03-24 physics.optics
A chemical nano-reactor based on a levitated nanoparticle in vacuum
本研究提出将真空中光悬浮的单个纳米颗粒作为化学纳米反应器，可避免系综平均并实现高分辨率表面化学研究，通过研究二氧化硅颗粒Zhuravlev模型，首次观测到脱羟基过程中多物理特性的突变不可逆变化，展现该平台的独特研究潜力。
2022-02-24 physics.chem-ph physics.class-ph physics.optics
