We describe the construction of an apparatus designed to realize a hybrid quantum system comprised of a cryogenically cooled mechanical oscillator and ultra-cold 87Rb atoms coupled via light. The outstanding feature of our instrument is an in situ adjustable asymmetric all-fiber membrane-in-the-middle cavity located inside an ultra-high vacuum dilution refrigerator based cryostat. We show that Bose-Einstein condensates of atoms can be produced in less than 20 s and demonstrate a single photon optomechanical coupling strength of kHz employing a high-stress Si3N4 membrane with a mechanical quality factor at a cavity setup temperature of TMiM = 480 mK.
REFERENCES
1.
G.
Kurizki
, P.
Bertet
, Y.
Kubo
, K.
Mølmer
, D.
Petrosyan
, P.
Rabl
, and J.
Schmiedmayer
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
112
, 3866
(2015
).2.
M.
Aspelmeyer
, T. J.
Kippenberg
, and F.
Marquardt
, Rev. Mod. Phys.
86
, 1391
(2014
).3.
A. D.
O’Connell
et al., Nature
464
, 697
(2010
).4.
J. D.
Teufel
, T.
Donner
, D.
Li
, J. W.
Harlow
, M. S.
Allman
, K.
Cicak
, A. J.
Sirois
, J. D.
Whittaker
, K. W.
Lehnert
, and R. W.
Simmonds
, Nature
475
, 359
(2011
).5.
J.
Chan
, T. P. M.
Alegre
, A. H.
Safavi-Naeini
, J. T.
Hill
, A.
Krause
, S.
Gröblacher
, M.
Aspelmeyer
, and O.
Painter
, Nature
478
, 89
(2011
).6.
B.
Vogell
, K.
Stannigel
, P.
Zoller
, K.
Hammerer
, M. T.
Rakher
, M.
Korppi
, A.
Jöckel
, and P.
Treutlein
, Phys. Rev. A
87
, 023816
(2013
).7.
A.
Jöckel
, A.
Faber
, T.
Kampschulte
, M.
Korppi
, M. T.
Rakher
, and P.
Treutlein
, Nat. Nanotech.
10
, 55
(2015
).8.
Z.
Xiang
, S.
Ashhab
, J. Q.
You
, and F.
Nori
, Rev. Mod. Phys.
85
, 623
(2013
).9.
K.
Hammerer
, M.
Aspelmeyer
, E. S.
Polzik
, and P.
Zoller
, Phys. Rev. Lett.
102
, 020501
(2009
).10.
M.
Wallquist
, K.
Hammerer
, P.
Zoller
, C.
Genes
, M.
Ludwig
, F.
Marquardt
, P.
Treutlein
, J.
Ye
, and H. J.
Kimble
, Phys. Rev. A
81
, 023816
(2010
).11.
F.
Bariani
, S.
Singh
, L. F.
Buchmann
, M.
Vengalattore
, and P.
Meystre
, Phys. Rev. A
90
, 033838
(2014
).12.
F.
Bariani
, H.
Seok
, S.
Singh
, M.
Vengalattore
, and P.
Meystre
, Phys. Rev. A
92
, 043817
(2015
).13.
P.
Treutlein
, D.
Hunger
, S.
Camerer
, T. W.
Hänsch
, and J.
Reichel
, Phys. Rev. Lett.
99
, 140403
(2007
).14.
W.
Chen
, K.
Zhang
, D. S.
Goldbaum
, M.
Bhattacharya
, and P.
Meystre
, Phys. Rev. A
80
, 011801(R)
(2009
).15.
Y.-J.
Wang
, M.
Eardley
, S.
Knappe
, J.
Moreland
, L.
Hollberg
, and J.
Kitching
, Phys. Rev. Lett.
97
, 227602
(2006
).16.
D.
Hunger
, S.
Camerer
, T. W.
Hänsch
, D.
König
, J. P.
Kotthaus
, J.
Reichel
, and P.
Treutlein
, Phys. Rev. Lett.
104
, 143002
(2010
).17.
B.
Vogell
, T.
Kampschulte
, M. T.
Rakher
, A.
Faber
, P.
Treutlein
, K.
Hammerer
, and P.
Zoller
, New J. Phys.
17
, 043044
(2015
).18.
A.
Bick
, C.
Staarmann
, P.
Christoph
, O.
Hellmig
, J.
Heinze
, K.
Sengstock
, and C.
Becker
, Rev. Sci. Instrum.
87
, 013102
(2016
).19.
J. D.
Thompson
, B. M.
Zwickl
, A. M.
Jayich
, F.
Marquardt
, S. M.
Girvin
, and J. G. E.
Harris
, Nature
452
, 72
(2008
).20.
F.
Jessen
, M.
Knufinke
, S. C.
Bell
, P.
Vergien
, H.
Hattermann
, P.
Weiss
, M.
Rudolph
, M.
Reinschmidt
, K.
Meyer
, T.
Gaber
, D.
Cano
, A.
Günther
, S.
Bernon
, D.
Koelle
, R.
Kleiner
, and J.
Fortágh
, Appl. Phys. B
116
, 665
(2014
).21.
M.
Poot
and H. S. J.
van der Zant
, Phys. Rep.
511
, 273
(2012
).22.
23.
Oxford Instruments, Tubney Woods, OX135QX, UK.
24.
Swagelok Inc., 29500 Solon Road, Solon, OH 44139, USA.
25.
P.
Gorla
, C.
Bucci
, and S.
Pirro
, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A
520
, 641
(2004
).26.
SPI Supplies/Structure Probe, Inc., 206 Garfield Ave, West Chester, PA 19380–4512, USA.
27.
S. C. J.
Kingsley
, H.
Jones
, A.
Twin
, H.
Agrawal
, A.
Matthews
, G. J.
Batey
, and M.
Cuthbert
, J. Phys.: Conf. Ser.
400
, 052012
(2012
).28.
Ferrovac GmbH, Thurgauerstrasse 72, CH 8050 Zürich.
29.
E. R. I.
Abraham
and E. A.
Cornell
, Appl. Opt.
37
, 1762
(1998
).30.
S. H.
Pan
, International patent application No. WO 93/19494 (30 September 1993
).31.
Epoxy Technology Inc., Billerica, MA 01821, USA.
32.
PI Ceramic GmbH, Lindenstrasse, 07589 Lederhose, Germany.
33.
M.
Liebmann
, A.
Schwarz
, S. M.
Langkat
, and R.
Wiesendanger
, Rev. Sci. Instrum.
73
, 3508
(2002
).34.
H.
Zhong
, A.
Schwarz
, and R.
Wiesendanger
, Rev. Sci. Instrum.
85
, 045006
(2014
).35.
Y.
Jiang
, Appl. Opt.
47
, 925
(2008
).36.
P. T.
Ernst
, S.
Götze
, J. S.
Krauser
, K.
Pyka
, D.-S.
Lühmann
, D.
Pfannkuche
, and K.
Sengstock
, Nat. Phys.
6
, 56
(2010
).37.
R.
Grimm
, M.
Weidemüller
, and Y. B.
Ovchinnikov
, Adv. At., Mol., Opt. Phys.
42
, 95
(2000
).38.
HF2LI, Zurich Instruments AG, Technoparkstrasse 1, 8005 Zurich, Switzerland.
39.
Norcada Inc., Edmonton, AB T6E 5B6, Canada.
40.
FSP Spectrum Analyzer, Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG, Mühldorfstrae 15, 81671 Munich, Germany.
41.
K.
Børkje
and S. M.
Girvin
, New J. Phys.
14
, 085016
(2012
).42.
B. H.
Schneider
, V.
Singh
, W. J.
Venstra
, H. B.
Meerwaldt
, and G. A.
Steele
, Nat. Commun.
5
, 5819
(2014
).43.
D. L.
McAuslan
, G. I.
Harris
, C.
Baker
, Y.
Sachkou
, X.
He
, E.
Sheridan
, and W. P.
Bowen
, Phys. Rev. X
6
, 021012
(2016
).44.
M.
Yuan
, M. A.
Cohen
, and G. A.
Steele
, Appl. Phys. Lett.
107
, 263501
(2015
).45.
A. M.
Jayich
, J. C.
Sankey
, K.
Børkje
, D.
Lee
, C.
Yang
, M.
Underwood
, L.
Childress
, A.
Petrenko
, S. M.
Girvin
, and J. G. E.
Harris
, New J. Phys.
14
, 115018
(2012
).© 2017 Author(s).
2017
Author(s)
You do not currently have access to this content.
