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2020-07-13Dissertation DOI: 10.18452/21484
Fluctuation-induced phenomena in nanophotonic systems
dc.contributor.authorOelschläger, Marty
dc.date.accessioned2020-07-13T10:27:32Z
dc.date.available2020-07-13T10:27:32Z
dc.date.issued2020-07-13none
dc.identifier.urihttp://edoc.hu-berlin.de/18452/22323
dc.description.abstractDie vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Thema der Nichtgleichgewichts-Dispersionskräfte. Der Fokus liegt auf der kontroversen Casimir- bzw. Quantenreibung. Sie tritt auf, wenn sich zwei elektrisch neutrale Körper relativ zueinander bewegen. Vermittelt wird diese kontaktlose Reibungskraft über fluktuierende elektromagnetische (Quanten-) Felder und ist somit der Kategorie der fluktuationsinduzierten Phänome zuzuordnen, deren bekannte Beispiele die Van-der-Waals-Kraft und der Casimir-Effekt sind. Im Speziellen wurde die Situation eines mikroskopischen Objektes, welches sich mit einer festgelegten Geschwindigkeit und Höhe über eine makroskopische und flache Oberfläche beweget, untersucht. Um einen Zugang in das Themenfeld zu erlangen, wird eine kurze Einleitung in die Theorie der linearen Antwort und der Dynamik offener Systeme gegeben. Des Weiteren, werden unterschiedliche Modelle zur Beschreibung des mikroskopischen Objektes eingeführt und verschiedene Konfigurationen und Modelle bezüglich der makroskopischen Oberfläche berücksichtigt. Neben einem exakten, wenn auch komplexen, Integralausdruck werden diverse asymptotische Ausdrücke für verschiedene relevante Grenzfälle der kontaktlosen Reibung hergeleitet. Darüber hinaus, um die Asymptoten mit der exakten Lösung vergleichen zu können, wurde eine numerisch Auswertungsroutine des exakten Ausdrucks entwickelt und implementiert. Durch die Nutzung einer vollen Nichtgleichgewichtbeschreibung und das Einbeziehen sowohl der Rückwirkung des elektromagnetischen Feldes auf die Dynamik des mikroskopischen Objektes, als auch dessen Rotationsfreiheitsgrade, werden bestehende theoretische Beschreibungen erweitert. Abschließend wird ein Ausblick auf experimentelle Messungen der kontaktlosen Reibung gegeben.ger
dc.description.abstractThe present thesis addresses the topic of nonequilibrium dispersion forces. The focus lies on the controversial Casimir or quantum friction, which occurs when two electrically neutral bodies move at a relative velocity with respect to each other. The noncontact friction force is mediated by the fluctuations of the (quantum) electromagnetic field and therefore belongs to the category of fluctuation-induced phenomena, whose prominent examples are the van der Waals force and the Casimir effect. Especially, the setup of a microscopic object moving at a fixed velocity and height above a flat macroscopic surface is investigated. To access this topic, a brief introduction into linear response and open system dynamics is given. Moreover, different models for the description of the microscopic object are introduced and various setups and models of the flat macroscopic surface are considered. Besides an exact but rather involved integral expression, several asymptotic expressions of the noncontact friction for different relevant limits are derived. Furthermore, in order to compare the asymptotic with the exact expression, a numerical approach for its evaluation was developed and implemented. Using a full nonequilibrium approach, which includes the backaction of the electromagnetic field onto the microscopic object’s dynamics, as well as its rotational degrees, existing theoretical descriptions are extended. Eventually, an outlook towards experimental measurements of the noncontact friction is given.eng
dc.language.isoengnone
dc.publisherHumboldt-Universität zu Berlin
dc.relation.hasparthttps://doi.org/10.1103/PhysRevA.97.062507
dc.relation.hasparthttps://doi.org/10.1364/JOSAB.36.000C52
dc.relation.hasparthttps://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.120401
dc.rights(CC BY-ND 4.0) Attribution-NoDerivatives 4.0 Internationalger
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0/
dc.subjectNichtgleichgewichtger
dc.subjectDispersionskräfteger
dc.subjectQuantenreibungger
dc.subjectCasimirreibungger
dc.subjectQuantenfluktuationger
dc.subjectNonequilibriumeng
dc.subjectDispersion forceseng
dc.subjectQuantum frictioneng
dc.subjectCasimir frictioneng
dc.subjectQuantum fluctuationeng
dc.subject.ddc530 Physiknone
dc.subject.ddc539 Moderne Physiknone
dc.titleFluctuation-induced phenomena in nanophotonic systemsnone
dc.typedoctoralThesis
dc.subtitleA study on nonequilibrium atom-surface interactionsnone
dc.identifier.urnurn:nbn:de:kobv:11-110-18452/22323-7
dc.identifier.doihttp://dx.doi.org/10.18452/21484
dc.date.accepted2020-03-06
dc.contributor.refereeBusch, Kurt
dc.contributor.refereeScheel, Stefan
dc.contributor.refereeEberlein, Claudia
local.edoc.pages159none
local.edoc.type-nameDissertation
local.edoc.institutionMathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultätnone

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