Opis projektu
Drgania nanoprzewodów pomagają w wykrywaniu oddziaływań pojedynczych cząstek
Drgania mechaniczne to okresowe fluktuacje w zakresie położenia równowagi obiektu, których klasycznym przykładem jest ruch ciała na sprężynie. Charakterystyka drgań oraz poznane właściwości samego oscylatora umożliwiają nam zdobycie informacji na temat sił odpowiedzialnych za powstawanie drgań. Nanoskalowe oscylatory drgań mechanicznych znalazły ważne zastosowanie w postaci czujników. Przeprowadzone niedawno prace pozwoliły uzyskać niespotykaną dotąd czułość w temperaturze pokojowej, wpływając na zdolność wykrywania oddziaływań zachodzących między elektronami przy użyciu nanoprzewodów półprzewodnikowych i odczytów optycznych. Dzięki finansowaniu ze środków europejskich naukowcy z projektu Atto-Zepto stojący za tym sukcesem wykorzystują swoje odkrycie do badania różnych zjawisk. Planują je również zastosować w ramach mikroaktywności optycznej do celów wykrywania pojedynczych fotonów i badania efektów kwantowych oddziaływań światło-materia.
Cel
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.
Dziedzina nauki
- 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
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-COG - Consolidator GrantInstytucja przyjmująca
75794 Paris
Francja