Levitierte Elektro-Optomechanik mit geladenen Nanoteilchen

• Antragsteller: Dr. Benjamin Stickler
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 411042854

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ziel dieses Projektes war es, die theoretischen Grundlagen für zukünftige Quantenexperimente mit elektrisch levitierten, geladenen Nanoteilchen zu entwickeln. Dies wurde anhand der folgenden drei Zielsetzungen erreicht: (i) Wir haben gezeigt, wie durch elektrisches Widerstandskühlen die Schwerpunkts- und Rotationsbewegung eines geladenen nanoskaligen Objekts auf die Temperatur eines verbundenen Schaltkreises gebracht werden kann. Dazu haben wir die Kühlungsdynamik numerisch simuliert und untersucht, wie mit diesem Zugang auch Objekte gekühlt werden können, deren Absorptionsquerschnitt für etablierte optische Techniken zu groß ist. (ii) Wir haben ein experimentell realisierbares Protokoll für die Quanteninterferenz elektrisch levitierter Nanoteilchen entworfen und vorgeschlagen. Da ein solches Experiment mit einem einzelnen levitierten Teilchen wiederholt durchgeführt werden kann, stellt es eine attraktive Alternative zu existierenden Vorschlägen für Nanoteilchen-Superpositionsexperimente dar. (iii) Wir haben die Markovschen Mastergleichungen zur Beschreibung ladungs-induzierter Dekohärenz aufgrund induzierter Spiegelladungen und -ströme mikroskopisch hergeleitet. Das Anwendungsgebiet solcher Mastergleichungen geht weit über die levitierte Optomechanik hinaus, da Restladungen und deren inhomogene Verteilung in Quantentechnologie mit mikromechanischen Systemen und gefangenen Ionen unvermeidbar sind.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Levitated electromechanics: all-electrical cooling of charged nano- and micro-particles. Quantum Science and Technology, 4(2), 024003.
  Goldwater, Daniel; Stickler, Benjamin A.; Martinetz, Lukas; Northup, Tracy E.; Hornberger, Klaus & Millen, James
  
• Quantum electromechanics with levitated nanoparticles. npj Quantum Information, 6(1).
  Martinetz, Lukas; Hornberger, Klaus; Millen, James; Kim, M. S. & Stickler, Benjamin A.
  
• Electric trapping and circuit cooling of charged nanorotors. New Journal of Physics, 23(9), 093001.
  Martinetz, Lukas; Hornberger, Klaus & Stickler, Benjamin A.
  
• Surface-Induced Decoherence and Heating of Charged Particles. PRX Quantum, 3(3).
  Martinetz, Lukas; Hornberger, Klaus & Stickler, Benjamin A.
  
• Quantum electromechanics with levitated charged particles PhD Thesis, University of Duisburg-Essen (2023)
  Lukas Martinetz