Enfriamiento óptico cuántico de nanopartículas.

Los rayos láser estrechamente enfocados pueden actuar como "pinzas" ópticas para atrapar y manipular objetos pequeños, desde partículas de vidrio hasta células vivas. El desarrollo de este método le ha otorgado a Arthur Ashkin el premio Nobel de física en los últimos años. Si bien la mayoría de los experimentos hasta ahora se han llevado a cabo en aire o líquido, existe un interés creciente por el uso de pinzas ópticas para atrapar objetos en el vacío ultraalto: tales partículas aisladas no solo muestran un rendimiento de detección sin precedentes, sino que también se pueden usar para estudiar aspectos fundamentales. Procesos de motores de calor nanoscópicos, o fenómenos cuánticos que involucran grandes masas.

Un elemento clave en estos esfuerzos de investigación es obtener un control total sobre el movimiento de las partículas, idealmente en un régimen donde las leyes de la física cuántica dominan su comportamiento. Los intentos anteriores para lograr esto han modulado la pinza óptica o han sumergido la partícula en campos de luz adicionales entre configuraciones de espejo altamente reflectantes, es decir, cavidades ópticas. Sin embargo, el ruido del láser y las grandes intensidades de láser requeridas han planteado un límite sustancial a estos métodos. "Nuestro nuevo esquema de enfriamiento es tomado directamente de la comunidad de física atómica, donde existen desafíos similares para el control cuántico", dice Uros Delic, autor principal del reciente estudio publicado en Letras de revisión física por investigadores de la Universidad de Viena, la Academia de Ciencias de Austria y el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), dirigido por Markus Aspelmeyer. La idea se remonta a los primeros trabajos del físico Helmut Ritsch de Innsbruck y de los físicos Vladan Vuletic y Steve Chu de los EE. UU., Quienes se dieron cuenta de que es suficiente usar la luz que se dispersa directamente desde la pinza óptica si la partícula se mantiene dentro de un vacío inicialmente. cavidad optica

Una nanopartícula en una pinza óptica dispersa una pequeña parte de la luz de la pinza en casi todas las direcciones. Si la partícula se coloca dentro de una cavidad óptica, una parte de la luz dispersada se puede almacenar entre sus espejos. Como resultado, los fotones se dispersan preferentemente en la cavidad óptica. Sin embargo, esto solo es posible para la luz de colores específicos, o dicho de otra manera, energías fotónicas específicas. Si utilizamos una luz de pinza de un color que corresponde a una energía fotónica ligeramente más pequeña que la requerida, las nanopartículas "sacrificarán" parte de su energía cinética para permitir la dispersión de fotones en la cavidad óptica. Esta pérdida de energía cinética efectivamente enfría su movimiento. El método ha sido demostrado para los átomos anteriormente por Vladan Vuletic, un coautor de este trabajo. Esta es, sin embargo, la primera vez que se aplica a las nanopartículas y se utiliza para enfriar en las tres direcciones de movimiento.

"Nuestro método de enfriamiento es mucho más poderoso que todos los esquemas demostrados anteriormente. Sin las restricciones impuestas por el ruido del láser y el poder cuántico del láser, las nanopartículas levitadas deberían estar a la vuelta de la esquina", dice Delic.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Universidad de viena. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y duración.