Fast feedback control of mechanical motion using circuit optomechanics
本文在电路光机电系统中实现基于测量的机械振子反馈冷却，将热噪声降至3个量子，并在无反馈时不稳定的蓝光力学边带泵浦条件下实现显著冷却。
2022-11-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Modal Analysis Investigation of Mechanical Kerr Frequency Combs
本文的目的是从理论上研究克尔频率梳在机械系统中的可能性。特别是，微机电器件（MEMS）是否可以用来产生频率梳的方式是类似的光学频率梳中产生的光学微谐振器与克尔型非线性。分析假定为梁状微机械结构，从欧拉-伯努利梁方程出发，导出了梳齿产生的参数空间必要条件。本章同样提出了潜在的手段，为物理实现的机械克尔梳。
2019-02-27 cond-mat.mes-hall
Stamp transferred suspended graphene mechanical resonators for radio-frequency electrical readout
我们提出了一种简单的微操作技术，将悬浮的石墨烯薄片转移到任何衬底上，并将它们与小的局部化门组装成机械谐振器。石墨烯的机械运动使用电的、射频（RF）反射读出方案来检测，其中时变石墨烯电容器反射f=5-6 GHz的RF载波，从而产生f +/- fm的调制边带。一个机械谐振频率高达fm=178 MHz的证明。我们发现硬化/软化Duffing效应对不同的样品，并获得一个临界振幅约40 pm的非线性在石墨烯机械谐振器的发病。作为DC偏置电压Vdc的函数的机械谐振的品质因数的测量表明，由于石墨烯电极中的运动诱导的位移电流引起的耗散在高频和大Vdc下是重要的。
2012-03-04 cond-mat.mes-hall
High Stability Mechanical Frequency Sensing beyond the Linear Regime
JILA, National Institute of Standards and Technology and Department of Physics, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校物理系与美国国家标准与技术研究院联合研究所）；Department of Physics, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校物理系）；Time and Frequency Division, National Institutes of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院时间与频率司）
本研究提出了一种在非线性区域实现高稳定性机械频率传感的方法，通过双机械模式操作消除热机噪声影响，有效减少AM-FM转换，突破传统观点。
2026-03-06 cond-mat.mes-hall
High-frequency nanotube mechanical resonators
我们报告了一种简单的方法来制造高频纳米管机械谐振器可重复。我们测量的谐振频率高达4.2 GHz的基本本征模和11 GHz的高阶本征模。使用短的悬浮纳米管和通过在纳米管中引入拉伸应力来实现高频共振。这些设备使我们能够确定单个纳米管的热膨胀系数，该系数为负，在室温下约为-0.7E-5 1/K。由纳米管制成的高频谐振器有望用于质量传感和量子极限实验。
2012-07-20 cond-mat.mes-hall
Enhanced entanglement of two different mechanical resonators via coherent feedback
已经示出[New J.Phys.17，103037（2015）]，在光机械系统中，可以动态地或在稳态中实现两个不同的机械谐振器之间的大的且鲁棒的纠缠，在该光机械系统中，两个机械谐振器耦合到由适当选择的双音场驱动的单个腔模式。该方案的一个重要限制是腔衰减率必须远小于两个机械频率及其差值。在这里，我们表明，纠缠可以显着增强，并在很大程度上扩展该计划的有效性，通过增加一个相干的反馈回路，有效地降低腔衰减率。
2017-03-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Radio frequency electrical transduction of graphene mechanical resonators
我们报告了石墨烯机械谐振器的射频电读出。机械运动的驱动和检测直接通过使用矢量网络分析仪，采用本地门，以尽量减少寄生电容。研制了无电阻双钳位样品，在77 K时，其谐振频率约为34 MHz，品质因数约为10000，信噪比大于20 dB。除了比电射频混频方法快两个数量级之外，这项技术还为石墨烯在射频器件（如滤波器和振荡器）中的应用铺平了道路。
2010-12-20 cond-mat.mes-hall
Feedback-enhanced parametric squeezing of mechanical motion
我们提出了一个单正交反馈方案，能够克服传统的3 dB的限制参数压缩。实验证明，该方法在微机械系统的基础上的悬臂与磁尖。悬臂梁在低温下由SQUID磁强计检测，而参数泵浦是通过以两倍于悬臂梁频率调制磁场梯度来获得的。观察到的最大压缩11.5 dB和11.3 dB，分别在一个正弦测试信号和热机械噪声的响应。最大压缩因子仅受最大可实现的参数调制的限制。所提出的技术可以用来挤压一个正交的机械谐振器低于量子噪声水平，甚至不需要量子限制检测器。
2013-09-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonresonant high frequency excitation of mechanical vibrations in graphene based nanoresonator
我们从理论上分析了悬浮石墨烯膜的动力学，该石墨烯膜与接地金属电极隧道接触，并受到由栅电极引起的交流静电势。结果表明，对于这种系统，当驱动频率超过电荷弛豫时间的倒数时，电子子系统中的延迟效应对相对较慢的机械振动产生有效的抽运。在这种情况下，存在驱动电压振幅的临界值，高于该临界值，泵浦克服机械谐振器的固有阻尼，导致机械不稳定性。这种非共振不稳定性是饱和的非线性阻尼和系统表现出相对较大的振幅的自持振荡。
2014-10-10 cond-mat.mes-hall
Graphene mechanical oscillators with tunable frequency
振荡器从直流电源产生连续的周期信号，是现代通信系统的核心，具有多种应用，如定时参考和频率调制器。然而，常规振荡器通常由宏观机械谐振器（诸如石英晶体）组成，其需要过多的片外空间。在这里，我们报告的振荡器建立在微米大小，原子薄的石墨烯纳米机械谐振器，其频率可以静电调谐多达14%。振荡器的自持机械运动在室温下通过简单的电路产生和转换。原型石墨烯压控振荡器表现出足够用于调制射频载波信号的频率稳定性和调制带宽。作为示范，我们采用石墨烯振荡器作为频率调制信号产生的有源元件，并实现高效的音频信号传输。
2016-12-13 cond-mat.mes-hall
Quantum Feedback Cooling of a Mechanical Oscillator Using Variational Measurements:Tweaking Heisenberg's Microscope
我们重新审视的问题，准备在其量子力学基态附近的机械振荡器的振荡器位置的连续光学检测的基础上，通过反馈冷却。在与基态冷却相关的参数范围内，光学反作用和不精确噪声设置了可实现冷却的瓶颈，并且必须仔细平衡。这可以通过在零差检测中调整本地振荡器的相位来实现，从而实现所谓的变分测量。精确的位置测量和最小干扰之间的权衡可以用海森堡显微镜来理解，并且当测量和反馈过程恰好在待冷却系统的量子相干性时间内快速时变得特别相关。这对应于大量子协同性$C_{\text{q}}\gtrsim1$，这是在最近的反馈冷却实验中实现的制度。我们的方法提供了一个简单的路径，以进一步推动量子光学力学目前最先进的实验的极限。
2016-06-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Mechanically mediated optical-microwave quantum state transfer by feedback
本研究通过反馈机制实现光学-微波量子态传输，利用机械中介体和参数转换，展示连续双向传输及量子兼容噪声性能。
2025-12-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Non-Newtonian Topological Mechanical Metamaterials Using Feedback Control
本文介绍了一种不受牛顿动力学约束的拓扑力学超材料的设计方法。机械晶格中的单位单元受到主动反馈力的作用，主动反馈力通过自主控制器进行处理，预编程以实时生成所需的局部响应。作为一个例子，我们专注于量子Halfton模型，这是一个两带系统的方向复杂的耦合项，违反牛顿第三定律。我们证明了所需的拓扑相位，其特征在于手性边缘模式，可以实现在一个类似的机械系统，只有闭环控制。然后，我们表明，我们的方法能够实现，第一次，在机械超材料中的Haldom模型的修改版本。这里，复值耦合以晶格的相对边缘上的模式在相同方向上传播的方式被极化，并且通过反向传播的扩散体模来平衡。所提出的方法是通用和灵活的，并可用于实现任意的晶格参数，如非局部或非线性耦合，时间相关的潜力，非厄米动力学，和更多，在一个单一的平台上。
2020-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Strong coupling between single-electron tunneling and nano-mechanical motion
在高频下振荡的纳米级谐振器在许多测量应用中是有用的。我们研究了一种高质量的机械谐振器，它是由一个悬浮的碳纳米管制成的，通过使用附近的天线施加周期性的射频电势来驱动它运动。单电子电荷波动产生的机械共振频率的周期性调制。超过10 ^5的品质因数允许检测由在纳米管上添加单电子电荷引起的共振频率的偏移。机械运动和电子隧穿的强耦合的额外证据是由能量转移到电子，导致机械阻尼和不寻常的非线性行为。我们还发现，通过纳米管的直流电自发地驱动机械谐振器，施加与高频谐振机械运动一致的力。
2010-01-25 cond-mat.mes-hall
Low frequency current noise of the single-electron shuttle
单电子穿梭系统中的电子自由度和机械自由度之间的耦合可引起机械不稳定性，从而导致电子在外部引线之间穿梭传输。我们预测，由此产生的低频电流噪声可以增强由于振幅波动的穿梭振荡。此外，在机械不稳定性开始时，预期低频噪声中的显著峰值。
2004-02-08 cond-mat.mes-hall
Improving the read-out of the resonance frequency of nanotube mechanical resonators
我们报告了一种超灵敏碳纳米管机械谐振器的电学检测方法。采用RLC谐振器和基于4.2K冷却的高电子迁移率晶体管的放大器降低了检测方法的本底噪声。这使我们能够以前所未有的质量解决纳米管谐振器的谐振频率。我们表明，在4.2 K测量的谐振频率的噪声是有限的谐振器本身，而不是由测量的不精确性。积分时间为125 ms时，阿伦偏差达到~10^-5。当比较Allan偏差与幂律的积分时间依赖性时，指数接近~1/4。Allan偏差可能受到纳米管表面上颗粒扩散的限制。我们的工作为基于机械纳米谐振器的质谱和表面科学实验带来了希望。
2018-09-13 cond-mat.mes-hall
An opto-electro-mechanical system based on evanescently-coupled optical microbottle and electromechanical resonator
演示了二氧化硅光学微瓶谐振器和GaAs机电谐振器之间的消逝耦合。这种耦合提供了高的光学灵敏度和机械运动的有效压电可控性。基于光机检测和机电控制的光机电反馈控制在室温下的加热和冷却机制进行。这种反馈方案可以推广到具有任意结构和材料的机电谐振器中的热机械运动的有效控制。
2018-05-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electromechanical feedback control of nanoscale superflow
本研究针对超流体⁴He超流特性在机电系统中探索不足的问题，构建了纳米流体亥姆霍兹谐振器的超流机电耦合系统，实现了模式位移与速度的同步测量及多种反馈调控功能。
2021-08-20 cond-mat.mes-hall
Tuning domain wall oscillation frequency in bent nanowires through a mechanical analogy
本文通过将弯曲磁性纳米线中的畴壁振荡类比为机械摆，建立了理论模型，揭示了纳米线曲率与外磁场对振荡频率的影响，并与实验数据吻合，为相关器件设计提供了依据。
2023-09-18 cond-mat.mes-hall
Strong suppression of shot noise in a feedback-controlled single-electron transistor
量子力学系统的反馈控制正迅速引起人们的注意，这不仅是由于有关量子测量的基本问题，而且还因为它在物理学的许多领域中的新颖应用。量子控制是量子光学中的一个研究热点，近年来在固态量子比特的控制方面也取得了一定的进展。在量子输运中，虽然存在理论上的建议，但只有少数主动和被动反馈实验在单电子水平上实现。在这里，我们演示了抑制散粒噪声在单电子晶体管，使用一个专门的电子闭环反馈，以监测和调整的计数统计。随着反馈响应的增加，我们观察到更强的抑制和更快的冻结电荷电流波动。我们的技术类似于量子光学中使用的环路光电探测产生压缩光。亚泊松单电子源将为类似于其光学或光机械等效物的量子输运中的高精度测量铺平道路。
2017-11-13 cond-mat.mes-hall
Non-linear Frequency Transduction of Nano-mechanical Brownian Motion
我们报告的实验解决纳米机械模式和位置波动之间的非线性相互作用。Duffing非线性将模式的布朗运动和其他非线性耦合的模式的布朗运动转换为频率噪声。这种机制，无处不在的所有弱非线性谐振器热化到浴，结果在改变运动的相扩散过程：出现两个极限行为，类似于运动的窄化和非均匀加宽的NMR。他们的交叉被发现依赖于非平凡的频率噪声相关时间的比率，其幅度。我们在涵盖两个极限的前所未有的范围内获得的测量结果与Y理论相匹配。Zhang和M. I. Dykman，Phys. Rev. B 92，165419（2015），无自由参数。最后，我们讨论的频率分辨率的基本约束设置由这种机制，这是不是边际自下而上的纳米结构。
2017-10-20 cond-mat.mes-hall
Resonant optomechanics with a vibrating carbon nanotube and a radio-frequency cavity
在光学机械装置中，可以通过将腔和谐振器调谐到相同的频率来增加它们之间的耦合。我们研究了碳纳米管谐振器和射频电路之间的相互作用。在这种谐振状态下，真空光机耦合通过耦合腔和机械谐振器的DC电压来增强。使用腔来检测纳米管的运动，我们观察和模拟机械振荡和电振荡之间的干扰。我们测量的机械振铃，并表明，进一步改进的系统可以使测量的机械运动在量子极限。
2016-10-24 cond-mat.mes-hall
Squeezing of mechanical motion via qubit-assisted control
我们提出了一种反馈控制机制的机械振荡器的声子模式的压缩。我们展示了如何在适当的工作条件下，一个简单的绝热方法是能够诱导机械压缩。然后，我们超越了这样一个工作点的限制，并证明了通过使用重复的测量和重新初始化的状态耦合到振荡器的二能级系统的辅助诱导的静态压缩。我们的非自适应反馈回路提供了有趣的可能性量子态工程和开放系统的情况下转向。
2015-01-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Mechanical overtone frequency combs
机械频率梳将光学频率梳的应用和效用带入机械领域。到目前为止，他们面临的主要挑战是对驱动频率和功率的严格要求，这使得操作变得复杂。我们展示了一个简单的机制，以创建一个频率梳组成的机械泛音（整数倍）的一个单一的本征频率，单片集成的悬浮介质膜与反向传播的光阱。周期性光场在膜运动的泛音处调制膜上的介电泳力。这些泛音共享一个固定的频率和相位关系，并构成一个机械频率梳。周期性光场还创建一个光热参量驱动，不需要额外的电源或外部频率参考。这种效果的组合产生了易于使用的机械频率梳平台，其不需要精确对准，不需要额外的反馈或控制电子器件，并且仅使用单个mW连续波激光束。这突出了泛音频率梳作为传感，计量和量子声学应用的直接未来。
2023-03-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Spectroscopy of mechanical dissipation in micro-mechanical membranes
我们测量了SiN薄膜振荡器的机械品质因数（Q）的频率依赖性，并观察到Q的共振变化超过两个数量级。基本机械模式的频率通过激光局部加热可逆地调谐高达40%。几个不同的共振Q观察到，可以解释耦合到膜框架模式。远离共振，背景Q与测量范围内的频率和温度无关。
2011-08-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spontaneous mechanical oscillation of a DC driven single crystal
减小机械振荡器的尺寸具有很大的兴趣，因为这可以导致定时和频率参考设备的小型化，而且还因为小型机械振荡器作为极其敏感的传感器的潜力。在这里，我们表明，一个单晶硅谐振器结构自发地开始振荡时，由一个恒定的直流电流（DC）驱动。机械振荡是由纳米梁中的电热机械反馈效应维持的，纳米梁作为机械位移放大器操作。谐振器块的位移被放大，因为它通过压阻效应调制纳米梁中的电阻加热功率，这导致温度变化，该温度变化引起来自纳米梁的热膨胀反馈力作用在谐振器块上。这种自放大效应几乎可以发生在任何导电材料中，但当电流密度和机械应力集中在纳米尺度的梁中时特别有效。
2009-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Intrinsic noise of a micro-mechanical displacement detector based on the radio-frequency single-electron transistor
研究了基于射频单电子晶体管（rf-SET）的微机械位移检测器的固有噪声。利用Korotkov对SET的噪声分析作为出发点，我们确定了由于隧穿电流散粒噪声引起的位移噪声的谱密度。由此产生的机械位移噪声与增加的栅极电压成反比地减小。与此相反，由于波动的SET岛电荷的位移噪声增加近似线性增加的栅极电压。考虑到这两个噪声源导致最低位移噪声的最佳栅极电压值，从而获得最佳灵敏度。我们发现，对于可实现的谐振频率为100 MHz，品质因数Q约为10 ^4的微米级悬臂梁，位移灵敏度约为10^4埃，力灵敏度约为10^16 N。这样的灵敏度将允许在微机械悬臂梁的机械运动中检测量子压缩和在磁共振力显微镜（MRFM）中检测单自旋磁共振。
2001-09-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Frequency stabilization of the zero-phonon line of a quantum dot via phonon-assisted active feedback
我们报道了单InAs量子点零声子发射频率的反馈稳定。共振荧光的声子辅助分量的光谱分离提供了零声子跃迁和共振驱动激光之间的失谐的探针。结合主动反馈，我们使用这种探头稳定的零声子跃迁频率对环境的波动。该方案通过校正带宽为191 Hz的环境噪声（受实验收集效率的限制），将零声子荧光强度噪声降低了22倍。在零声子中心频率的相关的亚赫兹波动减少了7倍。该技术提供了一种稳定量子点发射频率而不需要访问零声子发射的手段。
2014-10-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Stationary quantum entanglement between a massive mechanical membrane and a low frequency LC circuit
我们研究了一个系统中的机电纠缠，其中一个巨大的膜是电容耦合到{ \it低频} LC谐振器。在光-和电-力学中，兆赫（MHz）机械谐振器和千兆赫（GHz）微波LC谐振器之间的纠缠已经被广泛和充分地探索，并且最近实验证明。通常，耦合是通过类似辐射压力的相互作用来实现的，并且通过采用适当的微波驱动来产生纠缠。然而，通过这种方法，在机械振荡器和LC振荡器都是低频的情况下如何产生纠缠并不明显，例如，大约1 MHz。在这里，我们提供了一种有效的方法来纠缠两个低频谐振器进一步耦合膜的光学腔。该腔由红色失谐激光器强烈驱动，依次冷却机械和电模式，这导致在实验可达到的温度下的静态机电纠缠。纠缠直接源于机电耦合本身，并且由于其量子性质，将允许在比目前可能的更宏观的尺度上测试量子理论。
2020-06-24 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
A method for mechanical generation of radio frequency fields in nuclear magnetic resonance force microscopy
提出了一种利用机械探测器的高次模作为射频源的超低损耗磁共振力显微镜（MRFM）的新方法。这种方法允许在样品上进行MRFM，而无需靠近射频源。此外，由于射频源需要电流，使耗散，我们的方法使核磁共振实验在超低温。消除对片上射频源的需要是迈向可广泛应用于凝聚态物理的MRFM的重要一步。
2016-09-19 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Single-laser feedback cooling of optomechanical resonators
基于测量的控制已经成为制备纯量子态机械谐振器的重要技术，用于量子信息处理和量子传感。传统上，这需要两个单独的通道，一个用于探测运动，另一个作用于谐振器。在这项工作中，我们分析和实验证明了单激光反馈冷却技术，其中一个激光器用于探测和控制机械运动。我们使用的分析模型和实验表明，反馈冷却是可行的，在这种模式下，只要满足一定的稳定性要求。我们的研究结果表明，除了更实验上可行的建设，单激光反馈的干涉效应，实际上可以用来增强冷却在某些参数制度。
2022-09-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Frequency Conversion: Side-band cooling, state-swapping, and coherent control of mechanical resonators
边带冷却是一种潜在地允许在其基态中制备机械谐振器的技术，这对于量子技术中的未来应用是重要的。Tian最近表明，边带冷却可以通过调制纳米谐振器和超导振荡器之间的耦合来实现，这是一个频率转换过程[L。Tian，PRB 79，193407（2009）]。虽然边带冷却通常在稳态范围内处理，但有效的谐振耦合也会产生从超导体到机械谐振器的近乎完美的状态交换。我们对这个系统进行了数值模拟，研究了通过状态交换实现的基态冷却。此外，我们表明，超导振荡器可以用来控制谐振器的振幅和相位，同时冷却它，从而作为一个相干的“量子反馈控制器”。
2010-07-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Mechanical stiffening, bistability, and bit operations in a microcantilever
研究了微悬臂梁的非线性动力学。我们证明了机械硬化的频率响应在大振幅，源自几何非线性。在强驱动下，悬臂梁的振幅为0.05。我们映射的驱动频率和振幅的函数的dos制度，并提出了几个应用程序的dos微悬臂梁，其中的机械记忆证明。
2010-11-05 cond-mat.mes-hall nlin.CD
Frequency Feedback for Two-Photon Interference from Separate Quantum Dots
我们采用主动反馈来稳定两个独立的量子点发射的单光子的频率到原子标准。一个单一的，铷基法拉第滤波器的传输作为误差信号的频率稳定到小于1.5%的发射线宽。通过两个量子点的光子之间的Hong-Ou-Mandel干涉证明了长期稳定性。观察到的$V_{\mathrm{lock}}=(41 \pm 5)$ %可见度仅受点的内部失相限制。我们的方法有利于量子网络与不可区分的光子从分布式发射器。
2017-12-21 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
