レーザートラップナノ粒子のサブケルビンパラメトリックフィードバック冷却

単一のナノ粒子を高い真空で光学的に閉じ込め、アクティブなパラメトリックフィードバックを使用して、3つの空間的自由度を冷却します。トラップと冷却の両方に単一のレーザービームを使用して、4桁の温度圧縮比を示します。クランプメカニズムがないと、熱浴からの堅牢な分離が提供され、極低温前脱着の要件が排除されます。ナノ粒子のサイズと質量は、低反動加熱とともに高い共鳴周波数と高品質の因子を生成します。これは、基底状態の冷却と低甲間密集に不可欠な条件です。ここに示されているトラップと冷却スキームは、メソスコピックオブジェクトを使用した量子力学をテストし、超敏感なメトロロジーとセンシングのための新しいルートを開きます。

We optically trap a single nanoparticle in high vacuum and cool its three spatial degrees of freedom by means of active parametric feedback. Using a single laser beam for both trapping and cooling we demonstrate a temperature compression ratio of four orders of magnitude. The absence of a clamping mechanism provides robust decoupling from the heat bath and eliminates the requirement of cryogenic precooling. The small size and mass of the nanoparticle yield high resonance frequencies and high quality factors along with low recoil heating, which are essential conditions for ground state cooling and for low decoherence. The trapping and cooling scheme presented here opens new routes for testing quantum mechanics with mesoscopic objects and for ultrasensitive metrology and sensing.