We demonstrate a classical analogy to the Fano anti-resonance in levitated optomechanics by applying a DC electric field. Specifically, we experimentally tune the Fano parameter by applying a DC voltage from 0 kV to 10 kV on a nearby charged needle tip. We find consistent results across negative and positive needle voltages, with the Fano line-shape feature able to exist at both higher and lower frequencies than the fundamental oscillator frequency. We can use the Fano parameter to characterize our system to be sensitive to static interactions which are ever-present. Currently, we can distinguish a static Coulomb force of 2.7 ± 0.5 × 10−15 N with the Fano parameter, which is measured with 1 s of integration time. Furthermore, we are able to extract the charge to mass ratio of the trapped nanoparticle.

1.
U.
Fano
,
Phys. Rev.
124
,
1866
(
1961
).
2.
U.
Fano
,
Il Nuovo Cimento
12
,
154
(
1935
).
3.
C. P.
Holfeld
,
F.
Löser
,
M.
Sudzius
,
K.
Leo
,
D. M.
Whittaker
, and
K.
Köhler
,
Phys. Rev. Lett.
81
,
874
(
1998
).
4.
P.
Fan
,
Z.
Yu
,
S.
Fan
, and
M. L.
Brongersma
,
Nat. Mater.
13
,
471
(
2014
).
5.
J.
Faist
,
F.
Capasso
,
C.
Sirtori
,
K. W.
West
, and
L. N.
Pfeiffer
,
Nature
390
,
589
(
1997
).
6.
D. E.
Nikonov
,
A.
Imamoglu
, and
M. O.
Scully
,
Phys. Rev. B
59
,
12212
(
1999
).
7.
K.
Kobayashi
,
H.
Aikawa
,
S.
Katsumoto
, and
Y.
Iye
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
256806
(
2002
).
8.
A. C.
Johnson
,
C. M.
Marcus
,
M. P.
Hanson
, and
A. C.
Gossard
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
106803
(
2004
).
9.
S.
Sasaki
,
H.
Tamura
,
T.
Akazaki
, and
T.
Fujisawa
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
266806
(
2009
).
10.
M.
Limonov
,
A.
Rykov
,
S.
Tajima
, and
A.
Yamanaka
,
Phys. Rev. Lett.
80
,
825
(
1998
).
11.
V. G.
Hadjiev
,
X.
Zhou
,
T.
Strohm
,
M.
Cardona
,
Q. M.
Lin
, and
C. W.
Chu
,
Phys. Rev. B
58
,
1043
(
1998
).
12.
K. E.
Chong
,
B.
Hopkins
,
I.
Staude
,
A. E.
Miroshnichenko
,
J.
Dominguez
,
M.
Decker
,
D. N.
Neshev
,
I.
Brener
, and
Y. S.
Kivshar
,
Small
10
,
1985
(
2014
).
13.
M. I.
Stockman
,
Nature
467
,
541
(
2010
).
14.
A. E.
Miroshnichenko
,
S.
Flach
, and
Y. S.
Kivshar
,
Rev. Mod. Phys.
82
,
2257
(
2010
).
15.
I. V.
Soboleva
,
V. V.
Moskalenko
, and
A. A.
Fedyanin
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
123901
(
2012
).
16.
H.
Yang
,
D.
Zhao
,
S.
Chuwongin
,
J.-H.
Seo
,
W.
Yang
,
Y.
Shuai
,
J.
Berggren
,
M.
Hammar
,
Z.
Ma
, and
W.
Zhou
,
Nat. Photonics
6
,
615
(
2012
).
17.
M.
Rybin
,
A.
Khanikaev
,
M.
Inoue
,
A.
Samusev
,
M.
Steel
,
G.
Yushin
, and
M.
Limonov
,
Photonics Nanostruct.—Fundam. Appl.
8
,
86
(
2010
).
18.
W.
Zhou
,
D.
Zhao
,
Y.-C.
Shuai
,
H.
Yang
,
S.
Chuwongin
,
A.
Chadha
,
J.-H.
Seo
,
K. X.
Wang
,
V.
Liu
,
Z.
Ma
, and
S.
Fan
,
Prog. Quantum Electron.
38
,
1
(
2014
).
19.
P.
Markoš
,
Phys. Rev. A
92
,
043814
(
2015
).
20.
M. F.
Limonov
,
M. V.
Rybin
,
A. N.
Poddubny
, and
Y. S.
Kivshar
,
Nat. Photonics
11
,
543
(
2017
).
21.
J. P.
Marangos
,
J. Mod. Opt.
45
,
471
(
1998
).
22.
M.
Fleischhauer
,
A.
Imamoglu
, and
J. P.
Marangos
,
Rev. Mod. Phys.
77
,
633
(
2005
).
23.
Y. S.
Joe
,
A. M.
Satanin
, and
C. S.
Kim
,
Phys. Scr.
74
,
259
(
2006
).
24.
S.
Satpathy
,
A.
Roy
, and
A.
Mohapatra
,
Eur. J. Phys.
33
,
863
(
2012
).
25.
M.
Iizawa
,
S.
Kosugi
,
F.
Koike
, and
Y.
Azuma
, preprint arXiv:1810.00627 (
2018
).
26.
M. I.
Tribelsky
,
S.
Flach
,
A. E.
Miroshnichenko
,
A. V.
Gorbach
, and
Y. S.
Kivshar
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
043903
(
2008
).
27.
N.
Liu
,
L.
Langguth
,
T.
Weiss
,
J.
Kästel
,
M.
Fleischhauer
,
T.
Pfau
, and
H.
Giessen
,
Nat. Mater.
8
,
758
(
2009
).
28.
F.
Hao
,
Y.
Sonnefraud
,
P. V.
Dorpe
,
S. A.
Maier
,
N. J.
Halas
, and
P.
Nordlander
,
Nano Lett.
8
,
3983
(
2008
).
29.
N.
Verellen
,
Y.
Sonnefraud
,
H.
Sobhani
,
F.
Hao
,
V. V.
Moshchalkov
,
P. V.
Dorpe
,
P.
Nordlander
, and
S. A.
Maier
,
Nano Lett.
9
,
1663
(
2009
).
30.
S.
Stassi
,
A.
Chiadò
,
G.
Calafiore
,
G.
Palmara
,
S.
Cabrini
, and
C.
Ricciardi
,
Sci. Rep.
7
,
1065
(
2017
).
31.
B.-B.
Li
,
Y.-F.
Xiao
,
C.-L.
Zou
,
Y.-C.
Liu
,
X.-F.
Jiang
,
Y.-L.
Chen
,
Y.
Li
, and
Q.
Gong
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
021116
(
2011
).
32.
H.-T.
Lee
and
A. W.
Poon
,
Opt. Lett.
29
,
5
(
2004
).
33.
G.
Ranjit
,
D. P.
Atherton
,
J. H.
Stutz
,
M.
Cunningham
, and
A. A.
Geraci
,
Phys. Rev. A
91
,
051805
(
2015
).
34.
G.
Ranjit
,
M.
Cunningham
,
K.
Casey
, and
A. A.
Geraci
,
Phys. Rev. A
93
,
053801
(
2016
).
35.
D.
Hempston
,
J.
Vovrosh
,
M.
Toroš
,
G.
Winstone
,
M.
Rashid
, and
H.
Ulbricht
,
Appl. Phys. Lett.
111
,
133111
(
2017
).
36.
G.
Winstone
,
R.
Bennett
,
M.
Rademacher
,
M.
Rashid
,
S.
Buhmann
, and
H.
Ulbricht
,
Phys. Rev. A
98
,
053831
(
2018
).
37.
R.
Diehl
,
E.
Hebestreit
,
R.
Reimann
,
F.
Tebbenjohanns
,
M.
Frimmer
, and
L.
Novotny
,
Phys. Rev. A
98
,
013851
(
2018
).
38.
A. A.
Geraci
,
S. B.
Papp
, and
J.
Kitching
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
101101
(
2010
).
39.
E.
Hebestreit
,
M.
Frimmer
,
R.
Reimann
, and
L.
Novotny
,
Phys. Rev. Lett.
121
,
063602
(
2018
).
40.
M.
Toroš
,
M.
Rashid
, and
H.
Ulbricht
,
Phys. Rev. A
98
,
053803
(
2018
).
41.
J.
Gieseler
,
B.
Deutsch
,
R.
Quidant
, and
L.
Novotny
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
103603
(
2012
).
42.
J.
Vovrosh
,
M.
Rashid
,
D.
Hempston
,
J.
Bateman
,
M.
Paternostro
, and
H.
Ulbricht
,
J. Opt. Soc. Am., B
34
,
1421
(
2017
).
43.
A.
Setter
,
M.
Toroš
,
J. F.
Ralph
, and
H.
Ulbricht
,
Phys. Rev. A
97
,
033822
(
2018
).
44.
M.
Rashid
,
M.
Toroš
, and
H.
Ulbricht
,
Quantum Meas. Quantum Metrol.
4
,
17
(
2017
).
45.
J.
Gieseler
,
L.
Novotny
, and
R.
Quidant
,
Nat. Phys.
9
,
806
(
2013
).
46.
M.
Rashid
,
M.
Toroš
,
A.
Setter
, and
H.
Ulbricht
,
Phys. Rev. Lett.
121
,
253601
(
2018
).
47.
C.
Chatfield
,
The Analysis of Time Series: An Introduction
(
Chapman and Hall
,
1989
), pp.
94
95
.
48.
D.
Heiman
,
D. S.
Hamilton
, and
R. W.
Hellwarth
,
Phys. Rev. B
19
,
6583
(
1979
).
49.
M.
Rashid
,
T.
Tufarelli
,
J.
Bateman
,
J.
Vovrosh
,
D.
Hempston
,
M. S.
Kim
, and
H.
Ulbricht
,
Phys. Rev. Lett.
117
,
273601
(
2016
).
50.
D.
Goldwater
,
B. A.
Stickler
,
K.
Hornberger
, and
J.
Millen
, preprint arXiv:1802.05928 (
2018
).
51.
M.
Iwasaki
,
T.
Yotsuya
,
T.
Naruki
,
Y.
Matsuda
,
M.
Yoneda
, and
K.
Aikawa
, preprint arXiv:1812.01230 (
2018
).
52.
M.
Poggio
,
C. L.
Degen
,
H. J.
Mamin
, and
D.
Rugar
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
017201
(
2007
).
53.
D.
Kleckner
and
D.
Bouwmeester
,
Nature
444
,
75
(
2006
).
54.
A.
Schliesser
,
P.
Del'Haye
,
N.
Nooshi
,
K. J.
Vahala
, and
T. J.
Kippenberg
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
243905
(
2006
).
55.
P. H.
Kim
,
B. D.
Hauer
,
T. J.
Clark
,
F.
Fani Sani
,
M. R.
Freeman
, and
J. P.
Davis
,
Nat. Commun.
8
,
1355
(
2017
).
You do not currently have access to this content.