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Molecular droplets coupled to intense cavity fields
Stefan Kuhn
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Betreuer*in
Markus Arndt
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Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved
DOI
10.25365/thesis.28983
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30295.11393.983965-1
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Abstracts

Abstract
(Deutsch)
Die Anforderungen für zukünftige Quantenexperimente liegen weitestgehend darin, Quellen für langsame und kalte Nanoteilchen zu entwickeln,umlangeWechselwirkungsund Kohärenzzeiten zu erreichen. In dieser Arbeit präsentieren wir einen experimentellen Aufbau, der mit dem Ziel entworfen wurde, Molekültröpfchen mittels optischer Kräfte zu kühlen. Intensive Infrarotfelder (1560nm), abseits der Molekülresonanzen, können in einem optischen Resonators derart überhöht werden, dass die wirkenden Kräfte ausreichen, um die Bewegungen der Teilchen zu beeinflussen und zu bremsen bzw. zu kühlen. Da dieser Effekt auf derWechselwirkung zwischen dem elektromagnetischen Feld und dem im Teilchen induzierten Dipolmoment basiert, kann dieses Schema auf polarisierbare Objekte jeglicher Art angewandtwerden. Zudem skaliert die Effizienz dieses Vorgangs mit dem Volumen der Teilchen bishin zu einer Größe, die im Bereich der halbenWellenlänge des Infrarot-Feldes liegt. Effekte, die ab dieser Größenordnung auftreten, werden wir daher sowohl theoretisch, als auch experimentell behandeln. Darüber hinaus ermöglicht der Resonator die Trajektorien der Teilchen nachzuverfolgen. Zu diesem Zweck wird neben der fundamentalen Resonatormode, die für das Kühlen zuständig ist, eine Transversalmode höherer Ordnung angeregt und deren Wechselwirkung mit den Teilchen beobachtet. Im Laufe dieser Arbeit werden erste experimentelle Ergebnisse präsentiert, die nahelegen, dass das optische Manipulieren von Nanoteilchen in Reichweite liegt. Dazu betrachten wir die Bildung von Molekültröpfchen (Durchmesser 10nm - 10 μm) in einem Laserdesorptions-Verfahren. Wir verwenden Moleküle, die in Basel in der Gruppe von Prof. M. Mayor synthetisiert wurden,umden Anforderungen der Molekülinterferometrie- Experimente zu genügen. Dabei beobachten wir u.a. ein Teilchen, das aufgrund der Wechselwirkung mit dem Feld im Resonator beim Durchflug zum Umkehren gebracht wird. DesWeiteren wird gezeigt, wie mit Hilfe einer Computersimulation die Bewegung eines Tröpfchens durch das Lichtfeld rekonstruiert werden kann. Schlussendlich werden wir die Beschränkungen des bisherigen Aufbaus, sowie die weiteren Aussichten zum Bremsen und Kühlen von mesoskopischen Teilchen in möglichen Erweiterungen des Experiments diskutieren.
Abstract
(Englisch)
Future quantum experiments with neutral nano-particles will require long interaction and coherence times. Therefore, cold and slowparticles are needed. These demands can not be covered by current sources for launching objects of the desired masses. Thus, schemes for controlling their motion need to be established. We present a new experimental set-up that aims at the detection and characterisation of large molecular droplets. It is designed in order to show first manipulation effects and to lead a way towards a regime in which cavity cooling is feasible. Intense infrared fields (1560 nm) in a high-finesse cavity can be used to slow/cool the particle motion. Since the off-resonant coupling to the optical field is mediated by the induced electric dipole moment, this method can, in principle, be applied to every polarizable particle - with increasing efficiency for objects of growing size up to a length scale comparable to a fraction of the infrared wavelength. We have, however, also performed experimental and theoretical studies for droplets beyond this limit. The high finesse resonator also permits to track the passage of molecular droplets and details of their motion through the field modes. In order to obtain more specific information, in addition to the strongly pumped fundamental resonator mode, we couple a higher order transverse mode into the cavity and monitor its interaction with the nano-particles. Within this thesis I present our set-up and show first experimental results: In a laser evaporation scheme we produce nano- and micrometer sized droplets made of organic molecules, which were synthesized in the group of Prof. M. Mayor in Basel in order to meet the demands of interferometric experiments with molecules. We discuss first manipulation effects for these droplets, containing amongst others the reconstruction of a particle motion from the variety of signals obtained in our set-up via a computer simulation. Furthermore we will present a cavity induced turning back of a droplet. Finally, we are going to discuss the limitations for the current experiments and the prospects for slowing and cooling of mesoscopic particles in a future set-up.

Schlagwörter

Schlagwörter
(Englisch)
cavity cooling molecular droplets
Schlagwörter
(Deutsch)
Cavity-Kühlen Molekültröpfchen
Autor*innen
Stefan Kuhn
Haupttitel (Englisch)
Molecular droplets coupled to intense cavity fields
Paralleltitel (Deutsch)
Manipulation von Molekültröpfchen mittels intensiver Resonatorfelder
Publikationsjahr
2013
Umfangsangabe
69 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Markus Arndt
Klassifikationen
33 Physik > 33.30 Atomphysik, Molekülphysik ,
33 Physik > 33.38 Quantenoptik, nichtlineare Optik
AC Nummer
AC11312789
Utheses ID
25865
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |
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