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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
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 | |