Spin-Mechanical Scheme with Color Centers in Hexagonal Boron Nitride Membranes
最近在六方氮化硼（hBN）膜中观察到的量子发射体由于较低的空间维度而具有实现高可及性和可控性的潜力。此外，由于其低质量密度和高弹性模量，这些物体自然对宿主膜的振动具有高灵敏度。在这里，我们提出并分析了一个自旋机械系统的基础上的色心悬浮hBN机械谐振器。通过群论分析和从头计算这样的系统的电子和自旋性质，我们确定了一个自旋二重态基态，并证明了自旋-运动相互作用可以工程，使基态冷却的机械谐振器。我们还提出了一个工具箱的初始化，旋转和读出的缺陷自旋量子位。因此，所提出的设置为研究广泛的物理提供了可能性。为了说明其资产，我们表明，一个多组分猫态和压缩态的机械谐振器的快速和噪声弹性的准备是可能的，后者是通过实现极端失谐，超强耦合制度的拉比模型，声子superradiant相变预计发生。
2017-12-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Polarimetric analysis of stress anisotropy in nanomechanical silicon nitride resonators
我们实现了一个圆形的灰场偏光镜图像应力引起的双折射薄（亚微米厚）氮化硅（SiN）膜和字符串。这使得主应力和应力各向异性的取向的定量映射成为可能，与有限元建模（FEM）互补并一致。此外，使用一个众所周知的应力各向异性的样品，我们提取一个新的值的光弹性（布鲁斯特）系数的氮化硅，$C \approx (3.4~\pm~0.1)\times~10^{-6}~\mathrm{MPa}^{-1}$。我们探讨了可能的应用方法来分析和质量控制与声子晶体图案的应力膜
2017-02-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Extracting Membrane-like hexagonal Boron Nitride hosting single Defect Centers for Resonator Integration
本文开发纳米操控工具，从市售 hBN 中提取含窄线宽单光子发射体的膜状结构，并耦合 FPFC，在室温实现最高100倍光谱增强。
2025-08-31 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Atomic diffraction by patterned holes in hexagonal boron nitride: a comparison between semi-classical and quantum computational models
本文通过求解含时薛定谔方程，模拟氦原子在六方氮化硼亚纳米孔洞的衍射，发现量子方法透射率高于半经典方法，表明可用更小孔洞设计衍射掩模，且两模型在高速下衍射图案仍有差异。
2025-09-10 quant-ph
Quantum random number generator based on room-temperature single-photon emitter in gallium nitride
我们实验证明了一个实时的量子随机数发生器，通过使用一个室温下的单光子发射器从商业氮化镓晶片的缺陷。由于我们的单光子发射器的亮度，原始比特生成速率为~1.8 MHz，并且在冯诺依曼的随机性提取过程之后，无偏比特生成速率为~420 kHz。我们的研究结果表明，商业氮化镓晶片具有很大的潜力，为集成的高速量子随机数发生器器件的发展。
2020-03-21 physics.optics quant-ph
Casimir forces on suspended thin dielectric membranes covered with graphene
The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）；Laboratoire Charles Coulomb (L2C), UMR 5221 CNRS-Université de Montpellier（夏尔·库隆实验室（L2C），CNRS-蒙彼利埃大学联合研究单位5221）
该研究从理论和实验探究覆盖石墨烯的悬浮薄电介质膜的卡西米尔力，发现用薄电介质膜替代石墨烯下的固体衬底可部分恢复卡西米尔力的强热依赖性，室温实验测得的力梯度与理论预测一致。
2026-10-16 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Microring resonators on a membrane optical circuit for atom-light interactions
我们描述了一个可扩展的原子光光子接口的设计和制造的基础上的氮化硅微谐振器的透明的二氧化硅-氮化物多层膜。这种新的光子平台完全兼容自由空间冷原子激光冷却，稳定的捕获，并在大约$100~$ nm从云母表面分选，允许形成有组织的，强烈相互作用的原子光子混合晶格。我们演示了具有高品质因数$Q=3.2\times 10^5$的小半径（$R\sim$ 16 $μ$ m）微环和跑道谐振器，投射了$C=25$的单原子协同性参数和用于与微环谐振器模式相互作用的被困铯原子的真空拉比频率为$2g= 2π\times 340~$ MHz。我们表明，品质因数目前是有限的多层膜的表面粗糙度，使用低压化学气相沉积（LPCVD）工艺生长。我们讨论了可能的进一步改善以上$Q>5\times10^6$的品质因数，潜在地实现单原子的$C > 500$的强单原子-光子耦合的单原子协同参数。
2021-04-23 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
From membrane-in-the-middle to mirror-in-the-middle with a high-reflectivity sub-wavelength grating
我们展示了一个“膜在中间”的光学机械系统，使用氮化硅膜图案作为亚波长光栅。光栅的反射率超过99.8%，有效地创建了两个子腔，自由光谱范围为6 GHz，通过光子隧道光学耦合。透射和反射光谱的测量显示避免了交叉，其中两个子腔同时进入谐振，频率分裂为54 MHz。我们推导出了对称和反对称模在避免交叉处的线形表达式，并通过与实验数据的比较来推断光栅的反射、透射、吸收和散射。
2014-07-07 physics.optics quant-ph
Silicon-nitride nanosensors toward room temperature quantum optomechanics
近年来，通过一些基于腔光学力学的实验，实现了对低温光学冷却机械谐振器中量子现象的观察。一个完善的实验平台是基于薄膜化学计量（$ Si_3 N_4 $）纳米膜嵌入在法布里-珀罗腔，其中与光场的耦合是由光照射在膜表面上的辐射压力提供。必须优化两个关键参数以确保这些系统在量子水平上工作：描述光机械耦合的协同性$ C$和与退相干率相关的产品$ Q \times ν$（品质因数-共振频率）。后者的显着增加，可以获得高纵横比膜谐振器均匀的应力稀释的机械耗散。此外，超高$Q \times ν$可以通过箝位锥形和/或软箝位（实际上是无箝位谐振器配置）大幅降低边缘耗散来实现。在这项工作中，我们调查，理论和实验，边缘损耗机制比较两个国家的最先进的谐振器由标准的微/纳米加工技术。相应的结果将为设计新的超相干谐振器件提供有意义的指导。
2021-04-29 physics.optics quant-ph
Silicon Nitride MOMS Oscillator for Room Temperature Quantum Optomechanics
高精细度Fabry-Perot腔中的光机SiN纳米振荡器可用于研究机械和光学自由度之间的相互作用，用于超灵敏计量和基础量子力学研究。在这项工作中，我们提出了一个纳米振荡器的高应力圆形SiN膜与集成的片上3D地震滤波器适当设计，以减少机械损耗。该振荡器工作在200 kHz - 5 MHz范围内，具有$Q\simeq10^7$的机械品质因数和室温下超过$6.2 \times 10^{12}$ Hz的Q频率积，满足光机械腔中振荡器量子基态冷却的最低要求。该器件通过MEMS DRIE体微机械加工在绝缘体上硅（SOI）晶片上进行双面硅处理而获得。微制造工艺是相当灵活的，并且如果传感应用需要，则可以在DRIE步骤之前在SiN膜上沉积附加层。因此，在量子技术的新兴领域的背景下，这种振荡器是量子传感应用的有希望的候选者。
2018-06-29 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Membrane-in-the-middle optomechanics with a soft-clamped membrane at milliKelvin temperatures
本文提出无致动器光学腔与机械谐振器设计，解决毫开尔文温度下软钳位氮化硅薄膜光力学中的振动与吸收加热问题，并测得相干时间随腔内功率的标度关系。
2023-10-10 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Phononically shielded photonic-crystal mirror membranes for cavity quantum optomechanics
本文提出一种结合二维光子晶体与声子晶体图案的亚波长氮化硅薄膜镜面，在室温下实现高反射率和高机械品质因子，并演示了光力学边带冷却至毫开尔文温度及光学双稳态，为腔量子光力学和量子基态冷却提供了可行平台。
2022-12-23 physics.optics quant-ph
A Platform for Evanescently Trapping Rb-87 Using Silicon Nitride Strip Waveguides Buried in Silica
University of Bristol（布里斯托大学）；Quantum Engineering Technology Labs, H.H. Wills Physics Laboratory and School of Electrical, Electronic, & Mechanical Engineering, University of Bristol（布里斯托大学量子工程技术实验室、H.H. 威尔斯物理实验室和电气、电子与机械工程学院）；Quantum Engineering Centre for Doctoral Training, University of Bristol（布里斯托大学量子工程博士培训中心）
本文提出了一种基于硅氮条形波导的蒸发式俘获87Rb平台，利用红移和蓝移的基本及高阶模式，实现三维可调陷阱，用于芯片级量子科学与技术研究。
2025-12-04 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
An Interferometrically Robust Opto-Mechanical Coupler to Beam Polarisation
在这项工作中，我们研究了一种混合量子系统的工具，该系统实现了一个换能器，将微机械膜的微小位置变化映射到激光束的偏振上。这是通过减少对稳定性的需求的干涉设置来实现的。具体来说，放置在非对称光学腔中间的振荡氮化硅膜引起反射的近共振光场的相移。光束移位器用于将信号光束与模式匹配的正交偏振参考光束组合以进行偏振编码。随后的平衡零差测量用于检测热膜噪声。设计中的微小改进应实现足够高的信噪比，用于在高光-机械耦合强度的范围内检测运动量子噪声。这种设置可以在微机械振荡器和其他系统（如原子系综）之间提供鲁棒的量子链路。
2023-01-11 physics.optics quant-ph
Sub-100 Hz Intrinsic Linewidth 852 nm Silicon Nitride External Cavity Laser
本研究开发出852 nm波段本征线宽低于100 Hz的氮化硅外腔激光器，结合低损耗集成光子电路与商用增益芯片，实现高功率、宽调谐、高边模抑制比，为超冷原子传感器等应用提供紧凑型集成激光光源方案。
2024-10-04 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Tensile strained $In_{x}Ga_{1-x}P$ membranes for cavity optomechanics
我们研究了生长在GaAs衬底上的拉伸应变三元InGaP纳米膜的光机械性质。这种材料系统结合了基于化学计量氮化硅的高应变膜的优点，以及薄膜半导体单晶的独特特性，如先前使用悬浮GaAs所证明的那样。在这里，我们采用在外延生长的晶格失配赋予一个内在的拉伸应变的单晶薄膜（约30纳米厚）。这些结构在室温和17 K下的机械品质因数为2*10^6或更高，本征频率高达1 MHz，在约170 MPa的拉伸应力下产生2*10^12 Hz的Q*f乘积。在高精细度的法布里-珀罗腔中对这种膜进行抛光，我们在1064 nm和室温下提取了40 ppm的总光学损耗（包括吸收和散射）的上限。进一步降低该合金的In含量将使拉伸应力水平达到1GPa，Q*f乘积可能显著增加，假设在该组成和应变水平下机械损失没有恶化。这种材料系统是一个有前途的候选人与低损耗的半导体反射镜的应变半导体膜结构的集成，并为实现增强的光机械耦合膜的堆栈。
2014-03-31 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Tomographic readout of an opto-mechanical interferometer
光的量子态在被机械振荡器反射时由于后者对辐射压力的敏感性而改变其性质。结果，相干态可以转变为压缩态，并且可以与振子的运动纠缠。光状态的完整层析重建需要读出任意求积的能力。在这里，我们证明了这样的读出应用平衡零差检测器的迈克尔逊-萨格纳克干涉仪的热激发高Q值氮化硅膜的干涉位置测量。已经实现了在$\unit{133}{\kilo\hertz}$处的膜的基本振荡模式周围的$\unit{1.9 \cdot 10^{-16}}{\metre/\sqrt{\hertz}}$的读出噪声，低于标准量子极限的峰值8.2倍（9 dB）。读出噪声在机械共振附近相当宽的频率范围内完全由散粒噪声支配。
2012-05-10 physics.optics quant-ph
Electro-mechano-optical detection of nuclear magnetic resonance
核磁共振（NMR）的信号接收通常依赖于由核感应引起的电动势的电放大。在这里，我们报告上转换的射频NMR信号的光学制度，使用高应力氮化硅膜，接口的电气检测电路和光学腔通过机电和光机械耦合。这使得光学NMR检测，而不牺牲传统的核感应方法的多功能性。虽然信噪比目前受到膜的布朗运动以及附加技术噪声的限制，但我们发现通过增加机电耦合强度，它可以超过传统的电方案。本文提出的机电光核磁共振检测方法为核磁共振信号的机械参量放大提供了可能性。此外，它可以潜在地与应用于核自旋的激光冷却技术相结合。
2018-02-07 physics.chem-ph quant-ph
High-Stress Si3N4 Reflective Membranes Monolithically Integrated with Cavity Bragg Mirrors
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本研究提出了一种高应力Si3N4反射膜与腔体布拉格镜单片集成方法，实现了高Q因子的光力学器件，适用于精密传感和量子光子学。
2026-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dissipation engineering of high-stress silicon nitride nanobeams
高应力Si $_3$ N $_4$纳米谐振器已经成为电和光机械器件的有吸引力的选择。膜谐振器可以实现超过$10^{13}$ Hz的品质因数（$Q$）-频率（$f$）乘积，从而（原则上）实现室温下的量子相干操作。弦状梁谐振器通常具有小10倍的$Q\cdot f$产品;然而，由于其大得多的$Q$质量比和降低的模式密度，它们仍然是精确力、质量和电荷感测的典型选择，并且最近在低温下实现了海森堡限制位置测量。在这里，我们探讨两种技术，以提高$Q$ -因素的纳米机械梁。该技术涉及两种主要损耗机制：内部损耗，其在大纵横比和$f\lesssim100$ MHz下占主导地位;以及辐射损耗，其在小纵横比和$f\gtrsim100$ MHz下占主导地位。首先，我们表明，通过在一维声子晶体中嵌入纳米梁，可以使其弯曲运动局部化并屏蔽辐射损失。利用这种方法，我们实现了具有$Q\sim 10^4$的$f>100$ MHz模式，与内部损耗一致，并与类似尺寸的未屏蔽光束形成鲜明对比。然后，我们研究了毫米长的纳米梁的高阶模式的$Q\cdot f$产品。利用应力引起的“损耗-稀释”的模式形状依赖性，我们实现了具有$Q\cdot f\approx9\cdot 10^{12}$ Hz的$f\approx 4$ MHz模式。我们的结果可以将室温量子相干操作推广到超低质量一维纳米机械振荡器。
2016-03-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Characterization of Silicon-Membrane TES Microcalorimeters for Large-Format X-ray Spectrometers with Integrated Microwave SQUID Readout
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）
本研究开发了基于硅膜的TES光谱仪，利用全硅制造平台实现高效软X射线光谱测量，以克服催化研究中的测量限制。
2026-01-14 cond-mat.supr-con physics.ins-det quant-ph
