量子基态冷却双摆动模态的纳米旋转器

在量子极限下控制纳米尺度物体的运动，旨在进行新的量子力学实验测试，并发展高级传感器。旋转运动尤为有趣，因为其在紧凑、封闭的配置空间中遵循非线性动力学，这开辟了超越自由或捕获线性运动可能性之外的诸多现象和应用。实验的先决条件是能够捕获纳米旋转器并将其初始化为摆动的量子基态。本文演示了可靠、重复的激光诱导方式，将硅纳米二聚体和三聚体加载到光学挤子中。通过高光学质量腔体中的相干散射，我们将两种不同的摆动模态冷却至量子基态，占据数分别可低至 $n_{\beta}=0.54\pm0.32$ 和 $n_{\alpha}=0.21\pm0.03$。通过同时冷却两个自由度 ($n_\beta=0.73\pm0.22$, $n_\alpha=1.02\pm0.08$) 我们将纳米旋转器对齐到空间固定轴上，精度优于 20$\,\mu$rad，接近摆动的零点振幅。