Projektbeschreibung
Mit Nanodrahtschwingungen Wechselwirkungen zwischen einzelnen Teilchen nachweisen
Mechanische Schwingungen sind periodische Schwankungen der Position eines Objekts um seinen Gleichgewichtsmittelpunkt herum, wobei eine Masse an einer Feder als das klassische Beispiel dient. Anhand der Charakteristik der Schwingungen in Kombination mit den bekannten Eigenschaften des Oszillators selbst sind Informationen über die für die Schwingungen verantwortliche Kraft erkennbar. Mechanische Oszillatoren im Nanomaßstab sind in wichtigen Anwendungen als Sensoren zu finden. In Arbeiten aus jüngerer Zeit wurden eine bislang noch nie erreichte Empfindlichkeit bei Raumtemperatur realisiert sowie Wechselwirkungen zwischen den Elektronen mithilfe von Halbleiternanodrähten und einer optischen Auslesung erfasst. Dank der EU-Finanzierung des Projekts Atto-Zepto kann die hinter dieser Errungenschaft stehende Forschungsgruppe sie nun auf zahlreiche Phänomene anwenden. Demnächst wird sie in eine optische Mikrokavität eingefügt, um auch Einzelphotonenmessungen vorzunehmen sowie auf Quantenebene ablaufende Licht-Materie-Effekte zu erforschen.
Ziel
By enabling the conversion of forces into measurable displacements, mechanical oscillators have always played a central role in experimental physics. Recent developments in the PI group demonstrated the possibility to realize ultrasensitive and vectorial force field sensing by using suspended SiC nanowires and optical readout of their transverse vibrations. Astonishing sensitivities were obtained at room and dilution temperatures, at the Atto- Zepto-newton level, for which the electron-electron interaction becomes detectable at 100µm.
The goal of the project is to push forward those ultrasensitive nano-optomechanical force sensors, to realize even more challenging explorations of novel fundamental interactions at the quantum-classical interface.
We will develop universal advanced sensing protocols to explore the vectorial structure of fundamental optical, electrostatic or magnetic interactions, and investigate Casimir force fields above nanostructured surfaces, in geometries where it was recently predicted to become repulsive. The second research axis is the one of cavity nano-optomechanics: inserting the ultrasensitive nanowire in a high finesse optical microcavity should enhance the light-nanowire interaction up to the point where a single cavity photon can displace the nanowire by more than its zero point quantum fluctuations. We will investigate this so-called ultrastrong optomechanical coupling regime, and further explore novel regimes in cavity optomechanics, where optical non-linearities at the single photon level become accessible. The last part is dedicated to the exploration of hybrid qubit-mechanical systems, in which nanowire vibrations are magnetically coupled to the spin of a single Nitrogen Vacancy defect in diamond. We will focus on the exploration of spin-dependent forces, aiming at mechanically detecting qubit excitations, opening a novel road towards the generation of non-classical states of motion, and mechanically enhanced quantum sensors.
Wissenschaftliches Gebiet
- natural sciencesphysical sciencesopticscavity optomechanics
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringcomputer hardwarequantum computers
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringsensors
- natural sciencesmathematicspure mathematicsgeometry
- natural sciencesphysical sciencestheoretical physicsparticle physicsphotons
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-COG - Consolidator GrantGastgebende Einrichtung
75794 Paris
Frankreich