Ludwig-Maximilians-Universität München
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Quantenlimitierte Messmethode für Nanosensoren

Auch der Nachweis einzelner Atome und Ladungen möglich

München, 15.10.2009

Neue Fertigungstechniken ermöglichen es, mechanische Bauelemente auf Siliziumchips herzustellen, die nur noch Nanometer (ein Millionstel Millimeter) groß sind. Ihre Anwendung ist allerdings noch dadurch eingeschränkt, dass keine ausreichend genauen Messverfahren für diese winzigen Bauteile zur Verfügung stehen. Einen grundsätzlich neuen Ansatz hat jetzt ein Team um Professor Tobias Kippenberg vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) in Garching und von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne, und Professor Jörg Kotthaus von der LMU München erfolgreich getestet. Eine Schlüsselrolle spielen dabei auf Siliziumchips gewachsene Glaszylinder mit einem Durchmesser von ca. 50 Mikrometern, die in ihrem Innern Licht für geraume Zeit speichern können. Wie die Wissenschaftler zeigten, kann das aus diesem Toroid dringende optische Nahfeld als Messsonde und Aktuator für die Nanooszillatoren dienen. Dabei lassen sich Messungen realisieren, die nur durch Quantenfluktuationen des Lichts limitiert sind. Da dadurch bereits bei Raumtemperatur Empfindlichkeiten erreicht werden, die in der Größenodnung des quantenmechanischen Grundzustandsrauschens der Oszillatoren sind, ist die neue Messmethode von großem Interesse für die Grundlagenforschung. Aber auch Anwendungen wie der Nachweis einzelner Atome bzw. Ladungen oder auch die Massenspektrometrie können von den extrem rauscharmen Messungen, deren Hintergrundrauschen dem Standard-Quantenlimit entspricht, profitieren. (Nature Physics online, 11. Oktober 2009)

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