[pt] A utilização de forças ópticas, elétricas e magnéticas para levitar e
controlar nano-objetos em um ambiente de alto vácuo possibilitou o desenvolvimento do campo da levitodinâmica. A levitação óptica, em particular, permitiu a implementação de ressonadores massivos de alto fator de qualidade,
conduzindo a resultados que incluem o resfriamento ao estado fundamental
em escala mesoscópica e o desenvolvimento de sensores com sensibilidade
ultrafina. Esses avanços possuem um potencial significativo tanto no âmbito
da pesquisa fundamental quanto em termos de progresso tecnológico. O
desenvolvimento e implementação de técnicas avançadas de controle é indispensável para o avanço experimental na levitodinâmica, visto que facilita a
estabilização do movimento destes sistemas levitados, melhorando assim a sua
sensibilidade e possibilitando a obtenção das propriedades necessárias para
examinar princípios fundamentais. Esta dissertação concentra-se no estudo
e controle de certos sistemas levitados opticamente: nanoesferas dielétricas
aprisionadas no vácuo por um feixe Gaussiano altamente focalizado. Para
realizar essa investigação, elucidaremos a descrição teórica destes sistemas
e destacaremos algumas técnicas de controle importantes. Posteriormente,
procederemos a investigações experimentais onde visamos atuar em dois
contextos diferentes. Primeiramente, exploraremos a geração de forças não
lineares como uma maneira de alterar o movimento dessas nanopartículas,
visando compreender o efeito destes termos na sua dinâmica. Em segundo
lugar, detalharemos o desenvolvimento de um aparato experimental que
permite a estabilização tridimensional do movimento de uma nanopartícula
por meio da aplicação apenas de controle elétrico, permitindo aprisionamento
estável em alto vácuo. / [en] The harnessing of optical, electric and magnetic forces to levitate and
control nano-objects in high vacuum environment has enable the development
of the field of levitodynamics. Optical levitation, in particular, has allowed
the implementation of massive high-quality factor resonators, yielding results
that include ground-state cooling at the mesoscopic scale and high precision
force and displacement sensor. These advancements hold significant potential
for both fundamental research and technological progress. Precise control of
levitated systems is indispensable for advancing experimental techniques in
levitodynamics. This level of control facilitates motion stabilization, thereby
enhancing the sensitivity of these systems and enabling the attainment
of the desired properties necessary for examining fundamental principles.
This dissertation focuses on the study and control of certain optically
levitated systems: dielectric nanospheres trapped in vacuum by a highly
focused Gaussian beam. To undertake this examination, we will elucidate
the theoretical framework underlying these levitated systems and highlight
some majorly important control techniques. Subsequently, we will proceed
to experimental investigations where we aim to apply feedback forces in
two different contexts. First, we will explore feedback forces as a way to
change the dynamics of levitated nanoparticles, by means of adding nonlinear
terms governing their motion. Secondly, we will detail the development of
an experimental setup that allows 3D stabilization of motion by applying
an all electrical control scheme, allowing stable trapping at high vacuum.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:66416 |
| Date | 11 April 2024 |
| Creators | OSCAR SCHMITT KREMER |
| Contributors | GUILHERME PENELLO TEMPORAO, GUILHERME PENELLO TEMPORAO, GUILHERME PENELLO TEMPORAO, GUILHERME PENELLO TEMPORAO |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | TEXTO |
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