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Interactions of multiple particles via coherent scattering
Manuel Reisenbauer
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium Naturwissenschaften: Physik
Betreuer*in
Markus Aspelmeyer
Mitbetreuer*in
Uros Delic
DOI
10.25365/thesis.80995
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-27246.97547.957119-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Im Rayleigh Regime verhält sich ein optisch gefangenes dielektrisches Nanoteilchen als induzierter elektrischer Dipol, dessen kohärent gestreute Strahlung seine Schwerpunktsbewegung kodiert. Dieses Dipolfeld kann mit anderen Systemen gekoppelt werden und stellt so eine kontrollierbare Kopplung her. Diese Dissertation nutzt diesen Mechanismus in zwei komplementären Projekten aus. Teil I koppelt ein einzelnes Nanoteilchen über die ``coherent scattering'' Interaction an eine Mode eines optischen Hohlraumstrahlers. Im seitenbandaufgelösten Regime kühlen wir die Bewegung entlang der Hohlraumstrahlerachse in den quantenmechanischen Grundzustand und erzeugen damit erstmals den Grundzustand eines levitierten Nanopartikels bei Raumtemperatur. Teil II koppelt das kohärent gestreute Dipolfeld eines gefangenen Nanoteilchens an ein zweites Nanoteilchen, das in einer parallelen optischen Falle gehalten wird. Die resultierende lichtinduzierte Dipol- Dipol‑Wechselwirkung ist intrinsisch nichtlinear, nichtreziprok und nicht‑hermitesch. Wir beobachten Signaturen einer PT- Symmetriebrechung sowie einen Übergang zu mechanischem Lasing in der kollektiven Bewegung.
Abstract
(Englisch)
In the Rayleigh regime, an optically trapped dielectric nanoparticle acts as an induced electric dipole whose coherently scattered radiation depends on its center of mass motion. This dipole field can be interfaced with other systems, establishing a controllable coupling. This thesis exploits that mechanism in two complementary projects. Part I couples a single nanoparticle to a high‑finesse optical cavity via the coherent scattering interaction. Operating in the resolved sideband regime, we cool the motional along the cavity axis to its quantum ground state, preparing the ground state of a levitated nanoparticle at room temperature for the first time. Part II interfaces the coherently scattered dipole field of one trapped nanoparticle with a second nanoparticle held in a parallel optical tweezer. The resulting light‑induced dipole–dipole interaction is intrinsically nonlinear, non‑reciprocal, and non‑Hermitian. We observe signatures of PT‑symmetry breaking and a transition to mechanical lasing in the collective motion.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Levitation Optomechanic Quantum Kohärente Streuung Optische Bindung Optische Pinzette Optischer Resonator
Schlagwörter
(Englisch)
Levitation Optomechanics Quantum Coherent Scattering Optical Binding Optical Tweezer Cavity Optomechanics
Autor*innen
Manuel Reisenbauer 
Haupttitel (Englisch)
Interactions of multiple particles via coherent scattering
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
ix, 137 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Pavel Zemanek ,
David Moore
AC Nummer
AC17849499
Utheses ID
80229
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 411 |