Laser refrigeration, alignment and rotation of levitated Yb3+:YLF nanocrystals

悬浮 激光器 制冷 材料科学 激光冷却 辐射压力 纳米晶 光学镊子 量子点 光电子学 纳米技术 光学 物理 磁铁 热力学 量子力学
作者
Anisur Rahman,P. F. Barker
出处
期刊:Nature Photonics [Nature Portfolio]
卷期号:11 (10): 634-638 被引量:99
标识
DOI:10.1038/s41566-017-0005-3
摘要

The ability to cool and manipulate levitated nanoparticles in vacuum is a promising tool for exploring macroscopic quantum mechanics 1,2 , precision measurements of forces 3 and non-equilibrium thermodynamics 4,5 . The extreme isolation afforded by optical levitation offers a low-noise, undamped environment that has been used to measure zeptonewton forces 3 and radiation pressure shot noise 6 , and to demonstrate centre-of-mass motion cooling 7,8 . Ground-state cooling and the creation of macroscopic quantum superpositions are now within reach, but control of both the centre of mass and internal temperature is required. While cooling the centre-of-mass motion to micro-kelvin temperatures has now been achieved, the internal temperature has remained at or above room temperature. Here, we realize a nanocryostat by refrigerating levitated Yb3+:YLF nanocrystals to 130 K using anti-Stokes fluorescence cooling, while simultaneously using the optical trapping field to align the crystal to maximize cooling. A nanocryostat is realized through the refrigeration of levitated Yb3+:YLF nanocrystals to 130 K using anti-Stokes fluorescence cooling, while the laser polarization allows orientation control of the trapped nanocrystal and maximizes its cooling.

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