Nano- und Optomechanik
Nano- and Optomechanics

Modul PH2255

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Basisdaten

PH2255 ist ein Semestermodul in auf das unregelmäßig angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h  h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2255 ist Menno Poot.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Diese Verlesung wird in englisch gegeben. Bitte schauen Sie die englische Beschreibung an für alle Details

Lernergebnisse

After successful participation in the module, the student is able to:

  • Name different designs of mechanical resonators, and of NEMS and optomechanical detectors. Tell what their main pros and cons are.
  • Illustrate the difference between bottom-up and top-down devices.
  • Recall the optomechanical Hamiltonian and the derivation of its limiting cases. Evaluate the outcome with different quantum mechanical states.
  • Classify different damping mechanism in mechanical devices and relate this to force noise and temperature.
  • Select the right material(s) for a resonator+detector design, based on an understanding of the fabrication techniques and material properties
  • Explain the working principle of different detector schemes. Distinguish its detection- and back action mechanisms
  • Model the interaction between a detector and the resonator. Discover how this leads to the standard quantum limit (SQL), quantum non-demolition (QND) measurements, and optomechanically-induced transparency (OMIT).
  • Outline different cooling mechanism and evaluate the final temperature of a cooling experiment.
  • Analyze the properties of simple (e.g. string, beam) and more complex (e.g. H) mechanical structures.
  • Assess the feasibility of a given design of an optomechanical sensor for small and large motion amplitudes.
  • Plan an experiment to measure one of the effects discussed in the module.

Voraussetzungen

Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 3 Nano- and Optomechanics Poot, M. Mo, 12:00–14:00, PH 3344
Do, 16:00–18:00, PH 2271
UE 1 Exercise to Nano- and Optomechanics Poot, M. Do, 16:00–18:00, PH 2271

Lern- und Lehrmethoden

  • Lectures with a beamer (copies will be made available),
  • Lectures with blackboard
  • Discussion
  • Excercise classes

Medienformen

Presentation files of the lectures, problem sheets

Literatur

The lecture is based on the contents of two review articles:

  • M. Poot and H. van der Zant, "Mechanical systems in the quantum regime", Physics Reports 511 (2012) 273–335
  • M. Aspelmeyer et. al, "Cavity optomechanics", Rev. Mod. Phys. 86 (2014) 1391-1452

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine schriftliche Klausur von 120 Minuten Dauer statt. Darin wird exemplarisch das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe durch Rechenaufgaben und Verständnisfragen überprüft.

Die Prüfung kann in Übereinstimmung mit §12 (8) APSO auch mündlich abgehalten werden, in diesem Fall ist der Richtwert für die Prüfungsdauer 45 Minuten.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Erklären Sie in eigenen Worten den Haus-Caves-Grenzwert.
  • Berechnen Sie die Temperatur eines Resonators mit Eigenschaft XY gekoppelt an eien DC-SQUID mit Eigenschaft Z.

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.

Kondensierte Materie

Wenn Atome sich zusammen tun, wird es interessant: Grundlagenforschung an Festkörperelementen, Nanostrukturen und neuen Materialien mit überraschenden Eigenschaften treffen auf innovative Anwendungen.

Kern-, Teilchen-, Astrophysik

Ziel der Forschung ist das Verständnis unserer Welt auf subatomarem Niveau, von den Atomkernen im Zentrum der Atome bis hin zu den elementarsten Bausteinen unserer Welt.

Biophysik

Biologische Systeme, vom Protein bis hin zu lebenden Zellen und deren Verbänden, gehorchen physikalischen Prinzipien. Unser Forschungsbereich Biophysik ist deutschlandweit einer der größten Zusammenschlüsse in diesem Bereich.