We demonstrate all-optical sympathetic cooling of a laser-trapped microsphere to sub-Kelvin temperatures, mediate by optical binding to a feedback-cooled adjacent particle. Our study opens prospects for multi-particle quantum entanglement and sensing in levitated optomechanics.
Optomagnetic forces on YIG/YFeO3 microspheres levitated in chiral hollow-core photonic crystal fibre
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡大学）；Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）；Institute of Particle Technology, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡大学颗粒技术研究所）；Interdisciplinary Center for Functional Particle Systems, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡大学功能粒子系统跨学科中心）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Institute for Theoretical Solid-State Physics, RWTH Aachen University（亚琛大学理论固体物理学研究所）；Institute of Micro- and Nanostructure Research and Center for Nanoanalysis and Electron Microscopy, Friedrich- Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡大学微纳结构研究中心及纳米分析与电子显微镜中心）
Force and acceleration sensing with optically levitated nanogram masses at microkelvin temperatures
本文演示了冷却的质心运动的10个$μ$ m直径的光学悬浮二氧化硅球的有效温度为$50\pm22 μ$ K，通过最大限度地减少技术指向噪声的捕获激光。这种低噪声导致在接近50 Hz的频率下，$95\pm41$ n $g/\sqrt{\mathrm{Hz}}$（$g = 9.8$ m/s $^2$）和$0.95\pm0.11$ a N $/\sqrt{\mathrm{Hz}}$分别具有加速度和力灵敏度。该力灵敏度与质量小$10^4$倍的光学悬浮纳米球所证明的力灵敏度相当，对应于好几个数量级的加速度灵敏度。进一步表明，在这些条件下，球体在$\sim 10^{-7}$ mbar的压力下保持稳定捕获，而没有主动冷却超过一天。反馈冷却仍然是必要的，在中等压力制度，激励的损耗机制的微球的全面研究，并提供更好的理解的要求，在真空中的无反馈光阱。这项工作可以实现高灵敏度搜索作用在微米级质量上的加速度和力，包括那些可能由标准模型之外的新物理产生的加速度和力。
