[pt] COLOCANDO INTERAÇÕES OPTOMECÂNICAS EM USO: DO APRISIONAMENTO DE ORGANISMOS AO EMARANHAMENTO DE NANOESFERAS - IGOR BRANDAO CAVALCANTI MOREIRA (2021)
[pt] Nas últimas décadas, interações entre luz e matéria provaram ser uma ferramenta versátil para medir e controlar sistemas mecânicos, encontrando aplicações desde detecção de forças até resfriamento ao estado fundamental de nanoesferas. Nesta dissertação, nós apresentamos algumas das ferramentas teóricas necessárias para descrever interferômetros, pinças ópticas e cavidades ópticas, constituintes fundamentais da caixa de ferramentas optomecânica. No regime clássico, estudamos o campo eletromagnético circulante em interferômetros lineares e mostramos como encontrar o campo resultante transmitido, apresentando exemplos de cavidades ópticas com um número arbitrário de elementos dispersivos. Nós também estudamos as forças de pressão de radiação que feixes ópticos podem imprimir em partículas dielétricas e mostramos como o aprisionamento óptico 3D é possível em focos claros e escuros. A potencial aplicação para captura de organismos vivos é estudada. No regime quântico, nós estudamos como o campo ressonante de cavidades ópticas pode interagir de forma dispersiva com diferentes sistemas mecânicos, dando origem a uma dinâmica quântica fechada emaranhante. Ao considerar uma nuvem ultra resfriada de átomos interagindo com dois modos ópticos, mostramos o surgimento de emaranhamento óptico que evidencia a natureza não-clássica do conjunto atômico macroscópico. A viabilidade experimental deste experimento com tecnologia atual é estudada. Além disso, nós investigamos o cenário em que uma pinça óptica posiciona uma partícula levitada dentro de uma cavidade óptica de forma que os fótons da pinça espalhados pela partícula possam sobreviver dentro da cavidade. Já foi demonstrado que esta interação, chamada de espalhamento coerente, pode resfriar nanopartículas até números de fônons menores do que um, atingindo profundamente o regime quântico. Nós mostramos que esta interação também pode gerar emaranhamento mecânico entre muitas partículas levitadas, mesmo em um ambiente a temperatura de 300K. Um resumo sobre sistemas de variáveis contínuas e a caixa de ferramentas numérica customizada usada ao longo deste trabalho são apresentados.