Siirry päänavigointiin Siirry hakuun Siirry pääsisältöön

Measurements and applications of mechanical motion in the quantum limit

Julkaisun otsikon käännös: Mekaanisen liikkeen mittauksia ja sovelluksia kvanttimekaanisella rajalla
  • Erno Damskägg

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Mikroskooppisissa systeemeissä esiintyy monia mielenkiintoisia kvanttimekaanisia ilmiöitä, joita ei voida selittää klassisen fysiikan avulla. Kvanttimekaniikka selittää alkeishiukkasten, atomien ja sähkömagneettisten aaltojen ominaisuudet ja niiden kvanttimekaaniset ilmiöt kuten lomittumisen, aaltohiukkasdualismin ja hiukkasten superposition. Makroskooppisessa kokoluokassa kiinteiden aineiden sähköiset ominaisuudet selittyvät kvanttimekaniikan avulla, ja kvanttimekaaniseen koherenssiin liittyviä ilmiöitä havaitaan kokeellisesti supranesteissä ja suprajohteissa. Makroskooppiset kappaleet kuitenkin käyttäytyvät pääasiassa klassisen fysiikan mallien mukaisesti, koska ne menettävät kvanttiluonteensa vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa. Mekaaniset värähtelijät sopivat erinomaisesti kvantti-ilmiöiden tutkimiseen makroskooppisissa kappaleissa, koska niiden liikettä voidaan mitata erittäin tarkasti, ja niiden vuorovaikutusta ympäristön kanssa voidaan kontrolloida. Optomekaniikka tutkii valon ja mekaanisten värähtelijöiden välistä säteilynpaineen välittämää vuorovaikutusta. Viimeaikaiset saavutukset alalla ovat mahdollistaneet kvantti-ilmiöiden tutkimisen makroskooppisissa mekaanisissa värähtelijöissä. Esimerkiksi mekaaninen värähtelijä on pystytty jäähdyttämään sen kvanttimekaaniseen perustilaan sekä mikroaaltovärähtelijän että optisen värähtelijän avulla. Tämä väitöskirja käsittelee optomekaanista systeemiä, jossa mikromekaaninen alumiinikalvovärähtelijä on kytketty suprajohtavaan mikroaaltovärähtelijään. Työ keskittyy Heisenbergin epämääräisyysperiaatteen aiheuttamiin ilmiöihin. Periaate johtaa kvanttirajaan, joka rajoittaa kuinka tarkasti tietyt ominaisuusparit voidaan mitata. Harmonisella värähtelijällä on satunnaisliikettä, vaikka se olisi jäähdytetty perustilaan. Tämän takia mekaanisen värähtelijän paikkaa ei voida mitata äärettömän tarkasti. Puristetussa tilassa yksi ominaisuus värähtelijän tilasta voidaan mitata epämääräisyysperiaatteen aiheuttamaa kvanttirajaa tarkemmin toisen ominaisuuden mittaustarkkuuden kustannuksella. Tässä työssä lähes makroskooppisen kappaleen värähtely mitataan puristetussa tilassa. Epämääräisyysperiaatteen takia värähtevän signaalin vahvistaminen lisää mittaukseen kohinaa. Tässä työssä toteutetaan mittausmenetelmä, jossa jättämällä yksi osa signaalista mittaamatta voidaan vahvistaa toinen osa ja mitata se täydellisesti. Työssä totetutetaan myös kahden portin optomekaaninen vahvistin, joka toimii samanaikaisesti taajuusmuuttajana. Lisäksi työssä tutkitaan kahden värähtelijän yhteisvärähtelyitä. Työssä osoitetaan kuinka kahden värähtelijän jatkuvan mittauksen aiheuttama takaisinkytkentä voidaan välttää. Lopuksi kahden mekaanisen värähtelijän liikkeet mitataan lomittuneessa tilassa.
Julkaisun otsikon käännösMekaanisen liikkeen mittauksia ja sovelluksia kvanttimekaanisella rajalla
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Ohjaaja
  • Sillanpää, Mika, Vastuuprofessori
  • Sillanpää, Mika, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-7953-0
Sähköinen ISBN978-952-60-7954-7
TilaJulkaistu - 2018
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • optomekaniikka
  • mekaaniset värähtelijät
  • kvanttiraja
  • lomittuminen

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Mekaanisen liikkeen mittauksia ja sovelluksia kvanttimekaanisella rajalla'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä