Hot electron generation through near-field excitation of plasmonic nanoresonators
我们从理论上研究了热电子的产生通过偶极源耦合到金属表面上的纳米谐振器的发射。在我们的混合方法中，我们数值求解时谐麦克斯韦方程组，并应用量子模型来预测热电子产生的效率。预测了强约束电磁场和金属表面热电子产生的强烈增强，并用准正规模理论作了进一步解释。在所研究的纳米谐振器设置中，发射源和受体谐振器都位于同一体积中，并且这种配置看起来有希望实现高效率的热电子产生。通过与在没有等离子体纳米谐振器的情况下计算的效率进行比较，即，偶极源位于平坦的非结构化金属表面附近，我们表明纳米谐振器的模式的有效激发提高了高能载流子的产生效率。该方案可用于基于针尖的光谱学和其他光电应用。
2021-03-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
MoS2 Nanoresonators: Intrinsically Better Than Graphene?
我们进行经典的分子动力学模拟，以检查在单层的MoS $_{2}$纳米谐振器的固有能量耗散，其中一个重点是比较其耗散特性与单层石墨烯。我们的关键发现是，与石墨烯相比，MoS $_{2}$纳米谐振器表现出显著更低的能量耗散，因此在室温以下至少四倍的更高的质量（Q）因子。此外，这种高Q因子赋予MoS $_{2}$纳米谐振器更高的品质因数，定义为频率乘以Q因子，尽管对于相同尺寸，谐振频率比石墨烯小$50%$。通过利用从声子-声子散射理论的参数，我们表明，这种减少的能量耗散是由大的能隙中的声子色散的MoS $_{2}$，它分离的声学声子分支的光学声子分支，导致一个保存机制的MoS $_{2}$纳米谐振器的谐振振荡。我们进一步研究了拉伸机械应变和非线性致动对Q因子的影响，其中拉伸应变被发现抵消了较高致动振幅下Q因子的降低。总体而言，我们的模拟说明了潜在的效用的MoS $_{2}$的高频传感和驱动应用。
2014-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Frequency fluctuations in silicon nanoresonators
频率稳定性是纳米谐振器性能的关键。这种稳定性被认为达到了谐振器解决热致振动的能力的极限。虽然谐振器稳定性的测量和预测通常忽略机械频率响应的波动，但这些波动最近引起了相当大的理论兴趣。然而，它们的存在很难通过实验证明。在这里，通过文献综述，我们表明，所有的研究报告的频率稳定性值的几个数量级以上的限制所施加的热机械噪声。我们在室温下研究了单晶硅纳米谐振器，发现了类似的差异。我们提出了一种新的方法来证明这是由于存在的频率波动，意想不到的水平。波动不是由于仪器系统，或任何其他已知的来源调查。这些结果挑战了我们目前对频率波动的理解，并呼吁改变做法。
2016-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear nanomechanical resonators for quantum optoelectromechanics
我们提出了一个方案，调谐和控制纳米机械谐振器，使它们受到静电梯度场，附近的尖端电极提供。我们表明，这种方法可以访问一个新的制度的光学力学，其中可以探索的纳米谐振器的固有非线性。在这种情况下，耦合到纳米谐振器的一个或多个激光驱动腔模式和适当调节的梯度场允许在单个声子水平控制纳米谐振器的运动状态。该平台的一些应用先前已经被提出[New J. Phys. 14，023042（2012），Phys.Rev.Lett. 110，120503（2013）]。在这里，我们提供了相应的设置及其光机耦合机制的详细描述，连同深入分析的阻尼或退相干的可能来源和讨论的nanoresonator状态的读出。
2013-11-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity-induced exciton localisation and polariton blockade in two-dimensional semiconductors coupled to an electromagnetic resonator
最近的实验已经证明了电磁纳米谐振器和二维半导体的原始片之间的强光-物质耦合，并且已经推测这些系统是否可以进入在少极化子水平下操作的量子区域。为了解决这个问题，我们提出了一个第一性原理微观量子理论的激子之间的相互作用的无限片的二维材料和局域电磁谐振器。我们发现，光-物质相互作用打破了对称性的，否则不稳定的系统，从而有效地产生一个本地化的激子模式，这是耦合到环境中的剩余激子模式。这种耗散耦合增加更严格的横向限制，我们的分析表明，这是一个潜在的挑战，在实现非线性激子激子相互作用。尽管如此，我们预测，极化激元封锁由于非线性激子-激子相互作用是触手可及的纳米谐振器耦合到过渡金属dichalcogenides，提供的横向谐振器模式限制可以足够小的非线性克服了极化激元退相声子相互作用所造成的。
2022-02-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Modes and Mode Volumes of Leaky Optical Cavities and Plasmonic Nanoresonators
光子和等离子体共振器中的电磁腔模式提供了丰富而有吸引力的机制来定制光-物质相互作用的性质。然而，令人不安的是，对于什么构成了腔模，缺乏精确的定义，因此它们的数学性质在很大程度上仍然不明确。定义的缺乏部分地由所使用的不同的命名法-“共振”、“漏模”、“准模”-证明，仅举几例-表明腔模的耗散性质在某种程度上使它们不同于其他模，但很少作出明确的区分。这篇透视文章旨在向读者介绍一些微妙之处和工作定义，这些定义在描述泄漏光学腔和等离子体纳米谐振器的模态特性时可以严格应用。我们描述了该领域的一些最新进展，包括{光子和等离子体谐振器的准正规模的计算方法和广义有效模体积的概念，}并以光子晶体和纳米等离子体领域的几种代表性腔结构来说明该理论。
2013-12-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum entanglement of a tunneling spin with mechanical modes of a torsional resonator
我们求解了描述隧穿大自旋与扭转振子耦合的薛定谔方程。能谱研究了各种量子制度。计算了磁化率和噪声谱。研究表明，亚纳米振子的自旋与机械模的纠缠导致了自旋隧穿的退相干。对于较大的振荡器，隧穿自旋的存在可以通过共振时机械模式的分裂来检测。我们的研究结果适用于磁性分子耦合到纳米谐振器的实验。
2011-04-06 cond-mat.mes-hall
Finite Size Effect on Nanomechanical Mass Detection: Role of Surface Elasticity
纳米机械谐振器最近由于其出色的传感和检测能力而受到重视。由于纳米机械谐振器的特点是由大的表面积与体积比，这意味着表面效应起着重要的作用，不仅谐振，但也纳米机械谐振器的传感性能。在这项工作中，我们已经研究了表面效应的纳米谐振器的检测灵敏度的作用，经历谐波振动或非线性振荡的基础上的连续弹性模型，如梁模型。结果表明，表面效应对谐振和非线性振荡都有影响，传感性能与表面效应有关。此外，我们还研究了表面效应对谐振和传感性能的机械调谐。有趣的是，谐振的机械调谐与表面效应无关，而传感性能的机械调谐由表面效应决定。我们的研究揭示了表面效应对纳米谐振器传感性能的重要性。
2011-05-09 cond-mat.mes-hall
Self-oscillations in field emission nanowire mechanical resonators: a nanometric DC-AC conversion
我们报道了自下而上的纳机电系统（NEMS）在恒定外加电压驱动的场发射过程中观察到的自振荡。探索机电模型，解释的现象，可以直接用于开发集成器件。在第一项研究中，我们已经实现了约50%的DC/AC（直流到交流电）转换。NEMS中的电自振荡为高速自主纳米谐振器和信号发生器的发展开辟了一条新的道路，并表明场发射（FE）是构建新纳米元件的强大工具。
2010-03-30 cond-mat.mes-hall
Luminescence on the horseshoe nanolaser
我们考虑了以纳米尺寸马蹄铁形式排列在有源电介质表面的层中的一组有序开口环银谐振器。马蹄形谐振腔的尺寸远小于入射光的波长。等离子体纳米谐振器从活性介质中获取能量，可以作为纳米激光器工作。我们表明，纳米激光泵浦应被视为一个随机的外力，因为在活性介质中的光子吸收的非相干量子力学过程。浸没在活性介质中的等离子体激元纳米谐振器的操作是对随机力作用的响应。找到了发光线，并预测了当活性介质反转增加到阈值时发光线向激光光谱的演化。通过改变马蹄铁的尺寸和形状，可以方便地调节马蹄铁的共振行为。结果与全量子力学模拟进行了比较。
2013-01-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Deviation from the normal mode expansion in a coupled graphene-nanomechanical system
我们光机械测量的纳米机械系统的振动由石墨烯膜悬浮在氮化硅纳米谐振器。当探测耦合纳米机械器件的热噪声时，我们观察到与正常模式展开的显著偏差。它起源于耦合本征模的空间延伸上的机械耗散的异质性，这违反了采用这种常用的纳米谐振器的热噪声描述的基本先决条件之一。随后，我们测量局部机械磁化率，并证明波动耗散定理仍然成立，并允许适当的评估的纳米机械系统的热噪声。由于在纳米级确保良好的空间均匀性自然变得微妙，因此这种方法对于正确描述最终影响其传感能力的纳米机械系统的热噪声至关重要。
2016-01-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Simultaneous generation and transfer of mechanical noise squeezing
研究通过单一微波腔模式在两个机械模式间转移机械噪声压缩，利用光弹簧效应产生压缩并经分束器相互作用转移，该压缩转移兼具单模与双模特性，可增强精密测量。
2025-09-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Finite Element-based Nonlinear Dynamic Optimization of Nanomechanical Resonators
本文提出将有限元非线性降阶模型与无导数优化算法结合，用于优化纳米机械谐振器设计，生成帕累托前沿并实验验证，可加速多目标性能优化。
2024-07-17 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Two-Level System Damping in a Quasi-One-Dimensional Optomechanical Resonator
纳米机械谐振器已被证明在许多新兴的量子技术中具有巨大的潜力。对于这样的应用，这些系统的性能受到其脆弱的量子态的退相干的限制，需要彻底了解它们与周围环境的耗散耦合。在大块非晶态固体中，这些耗散通道在低温下由寄生耦合到本征两能级系统（TLS）缺陷主导，然而，关于这种阻尼如何在降维纳米机械谐振器中体现的理论和实验之间仍然存在脱节。在这里，我们提出了一种光机械介导的热衰荡技术，我们使用它来执行同时测量的耗散在四个机械模式的低温冷却硅纳米谐振器，谐振频率范围从3 - 19 MHz。分析设备的机械阻尼率在冰箱温度之间的10 mK - 10 K，我们证明了定量协议与标准的隧道模型TLS合奏限于一维。从这些拟合中，我们提取了缺陷态密度（$P_0 \sim$ 1 - 4 $\times$ 10 $^{44}$ J $^{-1}$ m $^{-3}$）和变形势（$γ\sim$ 1 - 2 eV），表明在10 mK下，每个机械模式平均耦合到小于单个热活性缺陷。
2018-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optomechanical analog of two-color electromagnetically-induced transparency: Photon transmission through an optomechanical device with a two-level system
当施加强驱动场时，一些光机系统可以对探测场透明。这些系统可以提供电磁感应透明（EIT）的光机械模拟。我们研究了探测光场通过由腔和机械谐振器组成的混合光机械系统的传输，该系统具有二能级系统（量子比特）。量子比特可能是机械谐振器内部的固有缺陷，超导人造原子或另一个两能级系统。机械谐振器通过辐射压力耦合到腔场，并通过Jaynes-Cummings相互作用耦合到量子位。我们发现，缀饰二能级系统和机械声子可以形成两组三能级系统。因此，在所讨论的系统中存在两个透明窗口。我们将这种效应解释为双色EIT（或双EIT）的光学机械模拟。我们演示了如何通过改变量子位的跃迁频率在一个和两个EIT窗口之间切换。结果表明，系统的吸收和色散主要受量子位-声子耦合强度和量子位跃迁频率的影响。
2014-08-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Using dark modes for high-fidelity optomechanical quantum state transfer
在最近的一份出版物[Y.D. Wang和A.A. Clerk，Phys. Rev. Lett. 108，153603（2012）]，我们证明了可以使用干涉来显著增加耦合到公共机械谐振器的两个电磁腔之间的状态转移的保真度，而不是基于两个交换操作的朴素顺序转移方案。这涉及利用与机械谐振器解耦的离域电磁模式，即所谓的“机械暗”模式。在这里，我们证明了存在一个新的“混合”状态转移计划，它结合了最好的元素的暗模式计划（保护机械耗散）和双交换计划（快速操作时间）。重要的是，这种新方案也不需要机械谐振器最初在其基态中制备。我们还提供了额外的细节，在前面描述的干扰增强传输方案，并提供了一个增强的讨论如何在这里的干涉物理是密切相关的光机械模拟的电磁感应透明（EIT）。我们还比较了各种传输方案在广泛的相关实验参数，产生一个“相图”显示的参数空间中的不同点的最佳传输方案。
2012-10-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coupled multimode optomechanics in the microwave regime
微机械和纳米机械谐振器的运动可以耦合到电磁场。这允许探索相互作用，并引入新的手段来操纵和控制光和机械运动。这样的光学机械系统最近已经在涉及耦合到超导微波谐振器的纳米机械梁的纳米机电系统中实现。在这里，我们提出的光学机械系统，涉及多个，耦合微波谐振器。与光学领域中的类似系统相比，控制微波模式之间的光子交换的耦合频率自然与典型的机械频率相当。例如，这使得操纵微波场的新方法成为可能，例如在不同模式之间机械地驱动相干光子动力学。特别是，我们调查两个设置，其中电磁场耦合线性或二次的纳米机械梁的位移。后一种方案允许执行QND Fock状态检测。对于实验现实的参数，我们预测的可能性，以测量一个单独的量子跃迁从机械基态的第一激发态。
2010-05-12 cond-mat.mes-hall
Classical to quantum transition of a driven nonlinear nanomechanical resonator
目前，在制造足够小、冷和清洁的纳米机电系统（NEMS）方面投入了大量的实验努力，以便接近量子力学行为，因为它们的典型量子能量尺度$\hbarΩ$变得与环境热能$k_{B}T$相当。这样的系统将有望使人们能够观察人造物体的量子行为，并测试量子力学的一些基本原理。在这里，我们扩展和阐述我们最近的建议[PRL 99（2007）040404]，利用纳米谐振器的非线性性质，以观察其过渡到量子制度。我们研究这种过渡的一个孤立的谐振器，以及一个耦合到一个热浴在零或有限的温度。我们认为，通过利用非线性，量子动力学可以使用几乎触手可及的技术来探测。运动方程的数值解显示了经典动力学的第一个量子修正，这出现在经典到量子跃迁发生时。这提供了实际的签名，以寻找在未来的实验与NEMS谐振器。
2008-07-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spiderweb nanomechanical resonators via Bayesian optimization: inspired by nature and guided by machine learning
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
从基本力的超灵敏探测器到量子网络和传感器，机械谐振器使下一代技术能够在室温环境中运行。目前，氮化硅纳米谐振器作为领先的微芯片平台，在这些进步，允许机械谐振器的运动是显着隔离环境的热噪声。然而，迄今为止，人类的直觉仍然是设计过程背后的驱动力。在这里，受自然界的启发和机器学习的指导，开发了一种蜘蛛网纳米机械谐振器，该谐振器通过数据驱动的优化算法发现的新型"扭转软夹紧"机制，表现出与周围热环境隔离的振动模式。然后制造这种受生物启发的谐振器;实验证实了在室温环境中品质因数超过10亿的力学新范例。与其他最先进的谐振器相比，这一里程碑是通过紧凑的设计实现的，不需要亚微米光刻功能或复杂的声子带隙，使其更容易和更便宜地大规模制造。在这里，我们展示了机器学习与人类直觉协同工作的能力，以增加创造性的可能性，并揭示计算和纳米技术的新策略。
2021-12-13 cond-mat.mes-hall cs.LG physics.app-ph
Spatially Resolved Sensing in Microfluidics with Multimode Microwave Resonators
机械谐振器和电磁谐振器之间的类比一直是科学和工程的著名范例。近年来，对这种类比的探索产生了几个令人兴奋的研究方向，包括腔光学力学[1]，声子带隙材料[2]和声子超材料[3 - 5]。在这些例子中，电磁研究的进展通常为他们的机械同行带路。在这里，我们从不同的角度对这种类比做出了贡献，通过调整最初为机械设备开发的传感技术来增加基于电磁场的传感器的能力。更具体地说，多模谐振技术，使空间分辨率的惯性质量感测实验与纳米机电系统（NEMS），是定制的微波谐振感测中使用，这是常用的微流体。我们表明，使用高阶模式的传感器可以提供电气体积，位置和几何尺寸的数据。这种空间特征的组合意味着当使用大量模式时图像重建的潜力。有了这里提出的分析和实验框架，我们可以超越简单的计数，并实现与阻抗谱分析物的大小和成像。
2017-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
