Levitated optomechanics
ಲೆವಿಟೇಟೆಡ್ ಆಪ್ಟೋಮೆಕಾನಿಕ್ಸ್ ಎಂಬುದು ಮೆಸೊಸ್ಕೋಪಿಕ್ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ಒಂದು ಕ್ಷೇತ್ರವಾಗಿದ್ದು, ಇದು ಮೆಸೊಸ್ಕೋಪಿಕ್ ಕಣಗಳ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಚಲನೆಯನ್ನು ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಅಥವಾ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕಲ್ ಅಥವಾ ಮ್ಯಾಗ್ನೆಟಿಕ್ ಆಗಿ ಲೆವಿಟೇಟ್ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಲೆವಿಟೇಷನ್ ಬಳಕೆಯ ಮೂಲಕ, ಕಣದ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಚಲನೆಯನ್ನು ಪರಿಸರದಿಂದ ಅಸಾಧಾರಣವಾಗಿ ಬೇರ್ಪಡಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿದೆ. ಇದು ಹೆಚ್ಚಿನ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಯ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ, ಸಮತೋಲನದ ಹೊರಗಿನ ಮತ್ತು ನ್ಯಾನೋ-ಥರ್ಮೋಡೈನಾಮಿಕ್ಸ್ನ ಅಧ್ಯಯನವನ್ನು ಶಕ್ತಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ನಿಖರವಾದ ಸಂವೇದನೆಯ ಅನ್ವಯಗಳಿಗೆ ಆಧಾರವನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ. ಪ್ರೇರಣೆ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ಆಡಳಿತದಲ್ಲಿ ಅಥವಾ ಸಂವೇದನೆಯ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಲ್ಲಿ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಆಂದೋಲಕಗಳನ್ನು ಬಳಸುವ ಸಲುವಾಗಿ, ಆಂದೋಲಕದ ಚಲನೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಡ್ಯಾಂಪಿಂಗ್ ಮಾಡುವುದು ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ ಉತ್ತಮ ಗುಣಮಟ್ಟದ ಅಂಶಗಳು ಅಪೇಕ್ಷಣೀಯವಾಗಿವೆ. ನ್ಯಾನೊ ಮತ್ತು ಮೈಕ್ರೋ ಮೆಕ್ಯಾನಿಕ್ಸ್ನಲ್ಲಿ, ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಕ್ಯೂ-ಅಂಶವು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಅದರ ಅಮಾನತುಗಳಿಂದ ಸೀಮಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಇದು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಫಿಲಿಗ್ರೀ ರಚನೆಗಳನ್ನು ಬಯಸುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಗರಿಷ್ಠವಾಗಿ ಸಾಧಿಸಬಹುದಾದ ಕ್ಯೂ-ಅಂಶವು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಗಾತ್ರದೊಂದಿಗೆ ಪರಸ್ಪರ ಸಂಬಂಧ ಹೊಂದಿದ್ದು, ಹೆಚ್ಚಿನ ಕ್ಯೂ-ಅಂಶಗಳನ್ನು ಸಾಧಿಸಲು ದೊಡ್ಡ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ. ಬಾಹ್ಯ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿನ ಕಣಗಳ ತೇಲುವಿಕೆಯು ಈ ನಿರ್ಬಂಧವನ್ನು ನಿವಾರಿಸುತ್ತದೆ. ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ಅಡಿಪಾಯಗಳ ಮೇಲಿನ ಸಂಶೋಧನೆಗೆ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ನಿಖರತೆಯ ಅನ್ವಯಗಳಿಗೆ ಲೆವಿಟೇಟೆಡ್ ಆಪ್ಟೋಮೆಕಾನಿಕ್ಸ್ ಕ್ಷೇತ್ರವು ಆಕರ್ಷಕವಾಗಲು ಇದು ಒಂದು ಕಾರಣವಾಗಿದೆ. ಭೌತಿಕ ಮೂಲಭೂತ ಅಂಶಗಳು ಧ್ರುವೀಯತೆ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದೊಂದಿಗಿನ ಅವಾಹಕ ಕಣದ ನಡುವಿನ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಗ್ರೇಡಿಯಂಟ್ ಫೋರ್ಸ್ ನೀಡುತ್ತದೆ. ಗಾಸಿಯನ್ ಲೇಸರ್ ಕಿರಣದ ಕೇಂದ್ರಬಿಂದುವಿನಲ್ಲಿ ಒಂದು ಕಣವು ಸಿಕ್ಕಿಬಿದ್ದಾಗ ಮತ್ತು ದೃಗ್ವೈಜ್ಞಾನಿಕವಾಗಿ ಮೇಲಕ್ಕೆತ್ತಿದ್ದಾಗ, ಬಲವನ್ನು ಮೊದಲ ಕ್ರಮಕ್ಕೆ ಅಂದಾಜು ಮಾಡಬಹುದು, ಅಂದರೆ. ಆವರ್ತನದೊಂದಿಗೆ ಹಾರ್ಮೋನಿಕ್ ಆಸಿಲೇಟರ್, ಕಣದ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ಎಲ್ಲಿದೆ. ನಿಷ್ಕ್ರಿಯ ಡ್ಯಾಂಪಿಂಗ್, ಸಕ್ರಿಯ ಬಾಹ್ಯ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಮತ್ತು ಜೋಡಣೆಯು ಚಲನೆಯ ಲ್ಯಾಂಗೆವಿನ್ ಸಮೀಕರಣಗಳಿಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆಃ ಇಲ್ಲಿ ಒಟ್ಟು ಡ್ಯಾಂಪಿಂಗ್ ದರವಿದೆ, ಇದು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಎರಡು ಪ್ರಬಲ ಕೊಡುಗೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆಃ ಹಿನ್ನೆಲೆ ಅನಿಲದ ಪರಮಾಣುಗಳು ಅಥವಾ ಅಣುಗಳೊಂದಿಗೆ ಘರ್ಷಣೆಗಳು ಮತ್ತು ಫೋಟಾನ್ ಶಾಟ್ ಶಬ್ದ, ಇದು 10−6 mbar ಕ್ರಮದಲ್ಲಿ ಒತ್ತಡಕ್ಕಿಂತ ಕೆಳಗಿರುವ ಪ್ರಬಲವಾಗುತ್ತದೆ. ಜೋಡಣೆ ಪದವು ಯಾವುದೇ ಜೋಡಣೆಯನ್ನು ಬಾಹ್ಯ ಶಾಖ ಸ್ನಾನಕ್ಕೆ ರೂಪಿಸಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ. ಬಾಹ್ಯ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಕಣಗಳ ಚಲನೆಯನ್ನು ತಂಪಾಗಿಸಲು ಮತ್ತು ನಿಯಂತ್ರಿಸಲು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಮೆಕ್ಯಾನಿಕ್ಸ್ನ ಆಡಳಿತವನ್ನು ತಲುಪುವವರೆಗೆ ಶಾಸ್ತ್ರೀಯ ಹಾರ್ಮೋನಿಕ್ ಆಸಿಲೇಟರ್ನ ಅಂದಾಜು ನಿಜವಾಗಿದೆ, ಅಲ್ಲಿ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಹಾರ್ಮೋನಿಕ್ ಆಸಿಲೇಟರ್ ಉನ್ನತ ಅಂದಾಜು ಮತ್ತು ಶಕ್ತಿಯ ಮಟ್ಟಗಳ ಪರಿಮಾಣವು ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗುತ್ತದೆ. ಕ್ಯೂಎಚ್ಒ ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯ ನೆಲದ ಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, ಅಲ್ಲಿ ಸ್ಥಾನ ಮತ್ತು ವೇಗ ಎರಡೂ ಕನಿಷ್ಠ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ, ಇದನ್ನು ಹೈಸೆನ್ಬರ್ಗ್ ಅನಿಶ್ಚಿತತೆಯ ತತ್ವದಿಂದ ನಿರ್ಧರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಅಂತಹ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಸ್ಥಿತಿಗಳು ಗಾಸಿಯನ್ ಅಲ್ಲದ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಸ್ಥಿತಿಗಳು, ಕ್ವಾಂಟಮ್ ವರ್ಧಿತ ಸಂವೇದನೆ, ಮ್ಯಾಟರ್-ವೇವ್ ಇಂಟರ್ಫೆರೊಮೆಟ್ರಿ ಅಥವಾ ಅನೇಕ-ಕಣ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ ಸಿಕ್ಕಿಹಾಕಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯ ಸಾಕ್ಷಾತ್ಕಾರವನ್ನು ತಯಾರಿಸಲು ಆಸಕ್ತಿದಾಯಕ ಆರಂಭಿಕ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಾಗಿವೆ. ನಿಯತಾಂಕ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ತಂಪಾಗಿಸುವ ಮತ್ತು ತಂಪಾಗಿಸುವ ವಿಧಾನಗಳು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯ ತಂಪಾಗಿಸುವಿಕೆಯ ಕಲ್ಪನೆಯು ಋಣಾತ್ಮಕ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯ ಲೂಪ್ ಅನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುವ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಕಣದ ಮೇಲೆ ಸ್ಥಾನ ಮತ್ತು/ಅಥವಾ ವೇಗದ ಅವಲಂಬಿತ ಬಲವನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸುವುದು. ಅದನ್ನು ಸಾಧಿಸಲು ಒಂದು ಮಾರ್ಗವೆಂದರೆ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯ ಪದವನ್ನು ಸೇರಿಸುವುದು, ಇದು ಕಣದ ಸ್ಥಾನಕ್ಕೆ () ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ. ಆ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನವು ಡ್ಯಾಂಪಿಂಗ್ ಅನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆಯಾದ್ದರಿಂದ, ಇದು ಯಾಂತ್ರಿಕ ಚಲನೆಯನ್ನು ತಂಪಾಗಿಸುತ್ತದೆ, ಏರಿಳಿತಗಳ ಪರಿಚಯವಿಲ್ಲದೆ, ಇದನ್ನು "ಕೋಲ್ಡ್ ಡ್ಯಾಂಪಿಂಗ್" ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ರೀತಿಯ ತಂಪಾಗಿಸುವಿಕೆಯನ್ನು ಬಳಸುವ ಮೊದಲ ಪ್ರಯೋಗವನ್ನು 1977 ರಲ್ಲಿ ಆರ್ಥರ್ ಆಶ್ಕಿನ್ ಅವರು ಮಾಡಿದರು, ಅವರು ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಚಿಮುಟಗಳೊಂದಿಗೆ ಬಲೆಗೆ ಬೀಳಿಸುವ ಅವರ ಪ್ರವರ್ತಕ ಕೆಲಸಕ್ಕಾಗಿ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದಲ್ಲಿ 2018 ರ ನೊಬೆಲ್ ಪ್ರಶಸ್ತಿಯನ್ನು ಪಡೆದರು. ರೇಖೀಯ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಸಂಕೇತವನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸುವ ಬದಲು, ಕಣದ ಆಂದೋಲನದ ಎರಡು ಪಟ್ಟು ಆವರ್ತನದೊಂದಿಗೆ ಸಂಕೇತವನ್ನು ಪಡೆಯಲು ಸ್ಥಾನ ಮತ್ತು ವೇಗವನ್ನು ಸಹ ಸಂಯೋಜಿಸಬಹುದು. ಈ ರೀತಿಯಾಗಿ ಕಣವು ಬಲೆಯಿಂದ ಹೊರಬಂದಾಗ ಬಲೆಯ ಬಿಗಿತವು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಕಣವು ಹಿಂದಕ್ಕೆ ಚಲಿಸುವಾಗ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಕುಹರ-ವರ್ಧಿತ ಸಿಸಿಫಸ್ ಕೂಲಿಂಗ್ ಕೋಹೆರೆಂಟ್ ಸ್ಕ್ಯಾಟರಿಂಗ್ ಕುಹರದ ಕೂಲಿಂಗ್ ಉಲ್ಲೇಖಗಳು ಮೆಸೊಸ್ಕೋಪಿಕ್ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಮೆಕ್ಯಾನಿಕ್ಸ್