Dem Team unter der Leitung von Tracy Northup ist es gelungen, ein winziges Glaskügelchen in einer Ionenfalle in ultrahohem Vakuum schweben zu lassen. Besonders bemerkenswert ist der außergewöhnlich niedrige Dämpfungsgrad mit einem mechanischen Gütefaktor von über 10 Milliarden. Dies bedeutet eine mehr als hundertfache Steigerung im Vergleich zu früheren Versuchen und stellt einen Meilenstein in der Erforschung nanomechanischer Systeme dar. Das Team musste dafür in der Vakuumkammer einen extrem niedrigen Druck erzeugen, ein entscheidender Faktor zur Verringerung der Wechselwirkungen mit der umgebenden Luft, die andernfalls die Bewegung des schwebenden Teilchens dämpfen würden. Der ultrahohe Gütefaktor der mechanischen Schwingung – ein Maß dafür, wie wenig Energie an die Umgebung verloren geht – wurde auf der Grundlage des Dämpfungsgrades und der Schwingungsfrequenz des Nanoteilchens berechnet.
Die beispiellose Stabilität und das geringe Rauschen des Oszillators machen ihn zu einer idealen Plattform für die Entwicklung ultraempfindlichen Sensoren und für die Klärung grundlegender Fragen in der Quantenphysik. Außerdem eröffnet er neue Möglichkeiten für die Erforschung von Quantenphänomenen in makroskopischen Systemen, was seit langem eine Herausforderung für die Quantenforschung darstellt.
Die Studie wurde kürzlich in Physical Review Letters veröffentlicht und vom Österreichischen Wissenschaftsfonds (FWF) finanziell unterstützt.
Publikation: Ultra-high quality factor of a levitated nanomechanical oscillator. Lorenzo Dania, Dmitry S. Bykov, Florian Goschin, Markus Teller, Abderrahmane Kassid, and Tracy E. Northup. Physical Review Letters 2024 DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.133602
Matteo Rini: Levitated Nanoresonator Breaks Quality-Factor Record, Physics 17, s38