Tesis doctoral de Jan Gieseler
La nanotecnología fue nombrada una de las tecnologías clave por la comisión europea y el físico r.Feynman previo su impacto tremendo en su celebre charla «plenty of room at the bottom». La nanotecnología y la nanociencia tratan de las estructuras apenas visibles con un microscopio óptico, sin embargo, mucho más grandes que una molécula simple. La materia a esta mesoescala es difícil de explorar ya que contiene demasiados átomos para ser fácilmente comprendida por aplicación directa de la mecánica cuántica (a pesar de que las leyes fundamentales siguen validas). Sin embargo, estos sistemas no son tan grandes como para ser completamente libres de efectos cuánticos, por lo cual no se limitan a obedecer a la física clásica del macromundo. Es precisamente en este ámbito intermediario, donde propiedades imprevistas de sistemas colectivos surgen. Para aprovechar plenamente del potencial que ofrece la nanotecnología, un conocimiento profundo de estas propiedades es imprescindible. el objetivo de la tesis es investigar y controlar la dinámica de una partícula levitada ópticamente en alto vació, un sistema que pertenece a la clase de los osciladores nanomecánicos. Osciladores nanomecánicos disponen de altas frecuencias de resonancia, masas activas reducidas, bajo consumo de energía y (q)-factores de calidad altos – significativamente más altos que los de circuitos eléctricos. Estos atributos les da mucha utilidad para detectar fuerzas y masas minúsculas, y para convertir y procesar señales. Además se supone que los sistemas nanomecánicos van a abrir investigaciones sobre el comportamiento cuántico de sistemas macroscopicos. Comprobar las predicciones de la teoría cuántica a escalas macroscopicas es uno de los retos mayores de la física moderna y aborda cuestiones fundamentales de nuestra comprensión del mundo. el estado de la técnica en nanomecánica ha disparado en los últimos años, impulsado por una combinación de sistemas nuevos y interesantes y del desarrollo impresionante de la nanofabricación. A pesar de los grandes avances, incluyendo refrigeración hasta el estado basal, la observación de ruido de tiro de la presión de radiación, squeezing y detección de fuerzas y masas con alta sensibilidad, dificultades para llegar a q-factores muy altos siguen imponiendo una limitación clave para muchas de las aplicaciones previstas. Para superar las limitaciones establecidas por la disipación, yo he desarrollado un experimento para atrapar y enfriar nanopartículas en alto vació. La combinación de nanopartículas y levitación en vació resulta en un oscilador mecánico muy ligero y de q-factor muy alto. De hecho, el q-factor logrado con esta configuración es actualmente el más alto en cualquier sistema nano- o micromecánico. el contenido de la tesis incluye entre una descripción detallada del aparato experimental y de demostraciones de principio (enfriamiento de feedback parametrico) la observación de fenómenos nuevos debido a los parámetros únicos de este sistema optomecánico (nolinealidades térmicas). Aparte de optomecánica y pinzas ópticas, se incluye la dinámica de sistemas complejos (nolineales) y el estudio de los teoremas de fluctuaciones. El ultimo desempeña un papel fundamental en la física estadística. en conclusión, nanopartículas atrapadas ópticamente están emergiendo como una nueva clase de sistemas optomecánicos. Debido a sus propiedades mecánicas únicas tienen un potencial enorme para abrir nuevos caminos en la investigación. Los principales ejemplos de como las partículas levitadas en alto vació pueden afectar a otros campos e inspirar nuevas vías de investigación han sido la primera observación de las nolinealidades térmicas en un oscilador mecánico y el estudio de las relaciones de fluctuaciones con un resonador nanomecánico de alto q. Basado en los avances recientes en el campo, se esperan muchas oportunidades de investigación fundamental y aplicaciones novedosas mientras este campo, aún joven, madura.
Datos académicos de la tesis doctoral «Dynamics of optically levitated nanoparticles in high vacuum.«
- Título de la tesis: Dynamics of optically levitated nanoparticles in high vacuum.
- Autor: Jan Gieseler
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 03/02/2014
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Roman Quidant
- Tribunal
- Presidente del tribunal: Juan Cirac sasturain
- markus Aspelmeyer (vocal)
- (vocal)
- (vocal)