Thermal transport in suspended silicon membranes measured by laser-induced transient gratings
由于测量过程的物理性以及准确性和再现性的问题，研究纳米级的热传输带来了巨大的实验挑战。激光诱导瞬态热光栅（TTG）技术允许对纳米结构样品进行非接触式测量，而不需要金属加热器或任何其他外部结构，具有固有的高绝对精度的优点。我们提出了一个审查最近的研究在纳米硅膜的热传输使用TTG技术。概述的方法，包括测量误差的分析，其次是从固体和纳米图案化膜的测量获得的新发现的讨论。最重要的结果是直接观察到的非扩散声子介导的运输在室温下和测量的厚度依赖的热导率的悬浮膜在很宽的厚度范围内，表现出良好的协议与第一性原理为基础的理论假设在边界处的漫散射。在具有周期性图案的纳米孔的膜上的测量表明完全扩散运输，并产生与蒙特卡罗模拟一致的热扩散率值。基于迄今为止所获得的结果，我们得出结论，室温下的膜基硅纳米结构中的热传输现在是合理的理解。
2016-10-29 cond-mat.mes-hall
Graphene on silicon nitride for optoelectromechanical micromembrane resonators
由于其特殊的机械和光学性能，介质氮化硅（SiN）微膜谐振器已成为许多光学机械实验的核心。膜与电系统的有效电容耦合将有助于激励混合光机电器件。然而，这种介电膜的电容耦合相当弱。在这里，我们添加了一个单层的石墨烯SiN微膜和比较机电耦合和机械性能裸露的电介质膜和膜金属化的铝层。石墨烯涂层膜的静电耦合被发现是等于一个完美的导电膜。我们的研究结果表明，单层石墨烯大大增强了机电电容耦合，而不会显着增加质量，降低优越的机械品质因数或影响SiN微膜谐振器的光学特性。
2013-07-17 cond-mat.mes-hall
Ultra-Thin Free-Standing Single Crystalline Silicon Membranes With Strain Control
我们报告的超薄悬浮单晶平板硅膜的厚度下降到6 nm的制造和表征。我们已经开发了一种方法来控制在硅膜周边增加一个应变补偿框架，以避免屈曲的释放膜的膜中的应变。我们表明，通过改变框架的属性的膜的应变可以调整以受控的方式。因此，机械性能和能带结构都可以被设计，并且所得的膜提供了一个独特的实验室来研究低维电子、光子和声子现象。
2013-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bistability and oscillatory motion of natural nano-membranes appearing within monolayer graphene on silicon dioxide
最近发现的材料石墨烯是一种真正的二维晶体，此外还具有极高的机械强度。这与高电子迁移率相结合，有利于石墨烯的机电研究下降到量子极限。在这里，我们表明，SiO2上的单层石墨烯提供了直径低至3 nm的天然超小膜，这是由材料的固有波纹引起的。这些纳米膜中的一些可以使用扫描隧道显微镜（STM）尖端的电场在两个垂直位置之间滞后地切换。它们也可以通过低频交流场被迫进行振荡运动。使用先前确定的机械常数，我们估计高达0.4太赫兹的高谐振频率。这可能有利于量子力学和单原子质谱仪的前景。
2009-09-03 cond-mat.mes-hall
Nanomechanical Spectroscopy of Ultrathin Silicon Nitride Suspended Membranes
纳米机械谐振器的机械特性对谐振式纳米机电系统（NEMS）器件的性能具有显著影响。在这里，我们研究了低压化学气相沉积氮化硅薄膜制成的悬浮膜的机械性能。制备了厚度小于50 nm、长度从5 μ m到60 μ m的氮化硅双钳位薄膜。使用基于原子力显微镜（AFM）的纳米力学光谱测量悬浮膜中的弹性模量和应力。悬浮膜的弹性模量被发现是显着高于那些相应的薄膜上的基板。通过估算热应力和内应力的贡献，观察到悬膜制作后净应力的减少。建立了计算悬膜归一化弹性模量的数学模型。最后，我们研究了SiNx悬浮膜-Si衬底之间的毛细力梯度，这可能会使悬浮膜崩溃。
2019-07-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Encapsulated silicon nitride nanobeam cavity for nanophotonics using layered materials
由于氮化硅的低折射率，氮化硅光子晶体腔的大多数现有实现依赖于悬浮膜。这样的浮动膜在机械上并不坚固，使得它们对于开发混合光电平台而言是次优的，在该平台中，新材料（诸如分层的2D材料）被转移到预先存在的光学腔上。为了解决这个问题，我们提出了一种氮化硅纳米梁谐振器设计，其中氮化硅膜由折射率为~1.5的材料（例如二氧化硅或PMMA）封装。理论计算的腔的品质因数可以高达100，000，模式体积为立方波长的2.5倍。我们制作了腔体，并测量了最高品质因数为7000的透射谱。我们还成功地转移单层钨二硒化的封装氮化硅纳米梁，并证明了腔与单层激子和缺陷发射的耦合。
2017-09-07 cond-mat.mes-hall
Fabrication and characterization of high-Q silicon nitride membrane resonators
本文以视频形式展示了厘米级 Si3N4 纳米带薄膜谐振器（支持 $Q>10^8$ 扭转模式）的设计、制备与表征过程，为光力学领域从业者提供了入门与复习指南。
2025-11-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
The thermal conductivity of silicon nitride membranes is not sensitive to stress
我们已经测量了从10 K到300 K的两个幅度的内应力（约0.1 GPa和1 GPa）和两个不同的厚度（50 nm和100 nm）的悬浮膜的热性能。使用原始的3 ω-ε-lein方法允许在宽的温度范围内提取每个SiN膜的比热和热导率。相同的基板的机械性能已被测量在氦气温度下使用nanomechanical技术。我们的测量结果表明，在独立的SiN膜的热传输是不受内应力的存在。因此，即使Qs随着张应力的增加而增加，机械耗散也不受影响。因此，我们证明了由Wu和Yu [Phys.Rev.B84，174109（2011）]开发的理论不适用于该应力范围内的该非晶材料。另一方面，我们的结果可以被看作是“耗散稀释”论点的自然结果[Y。L. Huang和P.R. Saulson，Rev. Sci.仪器69，544（1998）]，其已经在机械阻尼的背景下引入。
2015-06-05 cond-mat.mes-hall
Anisotropic In-Plane Phonon Transport in Ultrathin Silicon Membranes Guided by Nano-Surface-Resonators
在二维材料中，声子沿不同晶格方向的各向异性输运已经被观察到，然而，当厚度超过几个原子层时，这种效应随着厚度的增加而减弱。在这里，我们建立了一个新的机制，诱导各向同性对称准二维材料中的各向异性声子输运。声子的传播是由表面纳米结构的共振杂化引导的。我们证明了3 nm厚的硅膜与表面纳米鳍的热导率是由$\sim50\%$平行于鳍比垂直于鳍。
2019-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum backaction evading measurements of a silicon nitride membrane resonator
量子反作用通过引入额外的波动来干扰机械振荡器位置的测量。在量子反作用测量技术中，可以避免反作用，尽管代价是丢失部分信息。在这项工作中，我们进行了这样的量子反作用测量使用一个大的0.5毫米直径的氮化硅薄膜振荡器与707 kHz的频率，通过微波腔读出。测量结果表明，在大物体运动的正交测量中，量子反作用噪声是可以避免的。
2022-01-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
A network of parametrically driven silicon nitride mechanical membranes
本文提出一种基于金属化氮化硅膜的网络系统，通过公共基底耦合和电极电容控制，实现了高品质因数、个体频率调谐和强参数驱动，为模拟计算和复杂系统研究提供了可扩展平台。
2025-06-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Suspended silicon nitride thin films with enhanced and electrically tunable reflectivity
我们报告的实现氮化硅膜增强和电可调的反射率。一个亚波长一维光栅直接图案化的悬浮200 nm厚，高应力商业薄膜使用电子束光刻。在垂直入射的TM偏振光的透射光谱中观察到Fano共振，导致其在937 nm处的反射率从10%增加到78%。所观察到的光谱进行比较，严格的耦合波分析模拟的结果的基础上测量的光栅横向轮廓通过局部切割的悬浮膜与聚焦离子束。通过将膜芯片安装在环形压电换能器上并向衬底施加压缩力，我们随后观察到透射光谱的0.23 nm的偏移。
2019-09-27 cond-mat.mes-hall
Thermal transport in nanoporous holey silicon membranes investigated with optically-induced transient thermal gratings
在这项研究中，我们使用瞬态热光栅光学技术\textemdash一个非接触，激光为基础的热计量技术，具有固有的高精度\textemdash，以调查在两个纳米多孔多孔硅膜的限制尺寸分别为100 nm和250 nm的室温声子介导的热输运。我们比较实验结果的声子介导的热输运根据声子玻尔兹曼输运方程（BTE），使用两种不同的计算技术的从头计算。我们发现，在Casimir框架内进行的计算，即基于BTE与体声子色散和漫散射从表面，是定量协议与实验数据，从而得出结论，该框架是足够的描述声子介导的热传输通过多孔硅膜的特征尺寸的顺序为100 nm。
2020-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric bolometers based on ultra-thin heavily doped single-crystal silicon membranes
我们目前超薄硅膜热电偶测辐射热计适合于快速和灵敏的检测低水平的热功率和红外辐射在室温下。这些器件基于40 nm厚的应变调谐单晶硅膜，其形状为加热器/吸收器区域和窄的n型和p型掺杂梁，其作为热电偶工作。的设备的电热特性显示噪声等效功率为13 pW/rtHz和热时间常数为2.5 ms。高灵敏度的设备是由于高塞贝克系数为0.39 mV/K和减少的热导率的Si梁从体值。测辐射热计工作在热电偶的约翰逊-奈奎斯特噪声极限内，并讨论了接近温度波动极限工作时的性能改进。
2017-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Flow-Through Porous Silicon Membranes for Real-Time Label-Free Biosensing
一个流通的传感平台的基础上开放式多孔硅（PSi）微腔膜，是兼容的芯片上的传感器阵列的集成证明。由于PSi纳米孔的高纵横比，封闭式PSi传感器的性能受到渗透挑战和检测大分子（如蛋白质和核酸）时传感器响应缓慢的限制。为了提高分子传输效率并减少传感器响应时间，在流通式传感方案中使用开放式PSi纳米孔膜，允许分析物溶液通过纳米孔。这些PSi膜中的分子结合动力学进行了比较，通过实验和模拟与那些从封闭端PSi膜的可比厚度在一个传统的溢流传感方案。与流过PSi方法相比，当检测高分子量分析物（链霉亲和素）时，流过PSi膜导致传感器响应时间的六倍改善。这项工作证明了在平行微阵列内集成多个流通PSi传感器膜以进行快速和多路复用的无标记生物传感的可能性。
2016-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Thermal Energy Transport across Diamond Membranes and Diamond-Si Interfaces by Nanoscale Graphoepitaxy
电子器件的发展，特别是涉及材料的异质集成的电子器件的发展，已经导致在解决其热操作温度需求方面的挑战增加。在这些系统中的热流显着影响，甚至主导的异种材料之间的界面处的热边界电阻。然而，到目前为止，控制和调整跨界面和相邻材料中的热传输引起的关注有限。在这项工作中，我们生长的化学气相沉积（CVD）金刚石在硅衬底上的图形外延和实验证明可调的热传输通过金刚石膜和金刚石-硅界面。我们观察到最高的金刚石-硅的热边界传导（TBC）的测量日期和增加金刚石热导率由于强晶粒纹理在金刚石界面附近。此外，非平衡分子动力学（NEMD）模拟和Landauer方法被用来理解金刚石-硅TBC。这些发现为调整或增加涉及多晶材料的异质集成电子器件的热导率铺平了道路，并将影响包括电子热管理和金刚石生长在内的应用。
2019-01-08 cond-mat.mes-hall
Towards cavity-free ground state cooling of an acoustic-frequency silicon nitride membrane
我们演示了反馈冷却的毫米级，40 kHz的SiN膜从室温到5 mK（3000声子）使用迈克耳孙干涉仪，并讨论了没有光学腔的基态冷却的挑战。这一进展似乎在当前膜技术的范围内，将其定位为量子传感和基本弱力测量的悬浮系统的令人信服的替代品。
2020-04-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Manufacture and Characterization of Graphene Membranes with Suspended Silicon Proof Masses for MEMS and NEMS Applications
石墨烯的无摩擦强度、化学稳定性、极限表面积与体积比和优异的电子特性使其成为微纳机电系统（MEMS和NEMS）中膜材料的理想候选者。然而，将石墨烯集成到MEMS或NEMS装置和悬挂结构（诸如石墨烯膜上的检验质量）中提出了若干技术挑战，包括石墨烯的塌陷和破裂。我们已经开发了一种强大的路线，用于实现由双层CVD石墨烯制成的膜，并以高产率将大的硅检验质量悬浮在膜上。我们已经展示了边长从7微米到110微米的正方形石墨烯膜和由固体硅立方体组成的悬浮检验质量的制造，所述固体硅立方体的尺寸从5微米乘以5微米乘以16.4微米到100微米乘以100微米乘以16.4微米。我们的方法与晶片级MEMS和半导体机械制造工艺兼容，并且具有悬浮的检验质量的石墨烯膜的制造产率大于90%，其中超过70%的石墨烯膜具有超过90%的石墨烯面积而没有可见的缺陷。具有悬浮的检验质量的石墨烯膜非常坚固，并且能够承受来自原子力显微镜（AFM）尖端的高达~7000 nN的压痕力。所测得的实现结构的谐振频率范围从几十到几百kHz，品质因数范围从63到148。所提出的用于具有悬浮检验质量的石墨烯膜的可靠和大规模制造的方法将使具有新功能和改进性能的创新NEMS设备的开发和研究成为可能。
2020-03-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Direct Measurement of Room Temperature Non-diffusive Thermal Transport Over Micron Distances in a Silicon Membrane
室温下硅中载热声子的“教科书”声子平均自由程（MFP）为~40 nm。然而，对热导率的较大贡献来自具有长得多的MFP的低频声子。我们提出了一个简单的实验表明，室温下的热输运在Si显着偏离扩散模型已经在微米的距离。交叉的激光脉冲在独立的硅膜中的吸收建立了通过探测激光束的衍射来监测的正弦温度分布。通过改变热光栅的周期，我们在~1-10 μm的范围内改变热传输距离。在小的距离，我们观察到的有效热导率的减少，表明从扩散到弹道输运制度的声子谱的低频部分的过渡。
2012-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of confined acoustic phonon modes in nanocrystalline silicon membranes
INL - International Iberian Nanotechnology Laboratory（伊比利亚纳米技术国际实验室）；VTT Technical Research Centre of Finland Ltd.（芬兰VTT技术研究中心有限公司）
研究通过飞秒时间分辨测量独立纳米晶硅膜中受限声子，对比晶体硅，发现纳米晶中高阶模式受抑制且依赖频率，确定晶界相关衰减通道，测量声速，表明相干声子可探微观结构散射，晶界能过滤高频声子。
2026-08-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Suspended graphene membranes with attached silicon proof masses as piezoresistive NEMS accelerometers
石墨烯是一种原子级薄的材料，具有独特的电学和机械性能，这使其成为未来纳米机电系统（NEMS）的极有前途的材料。最近，基本的NEMS加速度计功能已经通过利用具有悬浮硅检测质量的压阻石墨烯带来证明。然而，所提出的石墨烯带具有关于机械鲁棒性、制造产率和可以跨带施加的最大测量电流的限制。在这里，我们报告了悬浮的石墨烯膜，这些石墨烯膜在其圆周处完全夹紧，并且附着有硅检验质量。我们证明了它们作为压阻式NEMS加速度计的实用性，并且与以前的石墨烯带器件相比，它们更坚固，具有更长的寿命和更高的制造产量，可以承受更高的测量电流，并且能够悬挂更大的硅检测质量。这些发现是使超小型压阻式石墨烯NEMS更接近部署在新兴应用中的重要一步，例如可穿戴电子产品，生物医学植入物和物联网（IoT）设备。
2020-03-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Optically detected spin-mechanical resonance in silicon carbide membranes
混合自旋机械系统是未来量子技术的一个有前途的平台。通常，它们需要应用额外的微波场来将整数自旋投射到可读状态。我们发展了一个理论的光学检测与半整数自旋缺陷的碳化硅（SiC）膜的自旋机械共振。当自旋共振频率与机械模式的共振频率相匹配时，它会发生，从而通过共振增强的自旋-声子耦合缩短自旋弛豫时间。这种效应可以被检测为在光泵浦下的光致发光强度的突然降低，而不施加微波场。我们提出了基于这种自旋机械共振的全光协议，以超高灵敏度检测外部磁场和质量。我们还讨论了强光抽运下的室温非线性效应，包括自旋介导的机械模冷却和加热。我们的方法提出了一个新的概念，量子传感使用自旋光力学。
2019-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity tuning of scalable nanopatterned silicon membranes measured with a three-probe method
研究通过三探针法改进测量技术，实现对纳米图案化硅膜热导率的可控调节，展示了通过蚀刻孔洞实现热输运调控的方法，实验在30-350K范围内获得热导率降低五倍的成果。
2026-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Radio-frequency optomechanical characterization of a silicon nitride drum
机械运动的片上驱动和读出是表征机械谐振器并将其用于新应用的关键。我们将氮化硅薄膜电容耦合到由集总元件电路形成的非谐振射频腔。尽管腔品质因数较低（Q $_\mathrm{E}\approx$ 7.4）且非谐振、室温操作，但我们仍然能够参数化几种机械模式并估计它们的光机耦合强度。这使得能够实时测量膜的驱动运动和快速表征，而不需要超导腔，从而消除了对低温冷却的需要。最后，我们观察到光机械诱导的透明度和吸收，包括敏感的计量学，基态冷却的机械运动和减缓光的一些应用至关重要。
2020-07-20 cond-mat.mes-hall
A phononic bandgap shield for high-Q membrane microresonators
声子晶体可以控制谐振器与其支撑结构之间的声耦合。我们微加工了一个高Q值氮化硅薄膜的声子带隙屏蔽，并研究了薄膜及其支撑结构的驱动位移谱。我们发现，内部观察到的带隙的密度和振幅的非膜模式被大大抑制，和膜模式被屏蔽从外部机械驱动高达30分贝。
2013-12-03 cond-mat.mes-hall
Degeneracy-breaking and Long-lived Multimode Microwave Electromechanical Systems Enabled by Cubic Silicon-Carbide Membrane Crystals
本研究利用立方碳化硅（3C-SiC）薄膜晶体的高热导率与面内应力特性，揭示其简并破缺现象并实现高Q机械模式，构建相干机电界面控制21个模式，实现长达1小时的可调谐光减速及模式间相干能量传递，为量子信息处理提供新途径。
2025-02-11 cond-mat.mes-hall physics.atm-clus physics.optics
Tunable coupling of two mechanical resonators by a graphene membrane
耦合纳米机械谐振器是有趣的基础研究和实际应用，因为它们提供了丰富的和可调的振荡动力学。目前，这种系统中的机械耦合通常由固定的几何形状（诸如谐振器的关节夹持点或位移相关力）来介导。在这里，我们展示了一个石墨烯集成的机电系统，由两个物理上分离的机械谐振器组成-一个梳状驱动器和一个悬浮的硅梁-它们通过石墨烯膜可调谐地耦合。此外，石墨烯膜为两个谐振系统硅结构提供了灵敏的电读出，在0.4~ 24 MHz的频率范围内显示出16种不同的模式。此外，通过在石墨烯膜上施加静电势到硅谐振器之一，我们控制的机械耦合，量化的$g$因子，从20 kHz到100 kHz。我们的研究结果铺平了道路耦合纳机电系统需要可控的机械耦合谐振器。
2020-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear Mode Coupling in Silicon Nitride Membrane Resonators
Indian Institute of Science Education and Research Bhopal（印度科学教育研究所博帕尔分校）；Indian Institute of Science（印度科学学院）
本研究通过实验和理论建模揭示了硅氮膜谐振器中非线性模耦合的机制，展示了其在多模频率调谐和机械转换中的应用潜力。
2026-03-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
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
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
Three-dimensional phonon population anisotropy in silicon nanomembranes
纳米尺度单晶由于晶体的截断而具有修改的声子色散。表面的引入改变了声子相对于体的数量，并引入了由平移对称性破缺引起的各向异性。这样的修改存在于整个布里渊区，甚至在几个纳米的尺寸的结构，构成了一个挑战的振动特性的表征，并导致在预测纳米材料的热，光学和电子性能的不确定性。同步辐射X射线热漫散射研究发现，独立的Si纳米膜的厚度为21 nm大，表现出更高的散射强度比体硅每单位厚度。此外，由这些膜的有限厚度引起的各向异性与相应的面内方向相比沿着垂直于膜表面的倒空间方向产生特别强烈的散射。这些结果揭示了尺寸的基础上批量声子分散体的材料性能和器件特性的计算需要考虑的纳米尺寸的晶体。
2020-02-25 cond-mat.mes-hall
Mechanical mode imaging of a high-Q hybrid hBN/Si$_3$N$_4$ resonator
我们的图像和表征的2D鼓谐振器的机械模式的hBN悬浮在高应力Si $_3$ N $_4$膜。我们的测量表明hBN谐振器和Si $_3$ N $_4$膜的各种模式之间的杂交。测得的谐振频率和空间分布的模式是一致的有限元模拟的基础上的理想化的几何形状。热运动的光谱显示，根据与较重和较高品质因数的Si $_3$ N $_4$膜的模式的杂化程度，hBN鼓模式的品质因数和运动质量可以移动数量级。这种效应可以被利用来设计混合鼓/膜模式，其将2D材料的低运动质量与Si $_3$ N $_4$膜的高品质因数相结合，用于光学机械或传感应用。
2023-01-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Demonstration of suppressed phonon tunneling losses in phononic bandgap shielded membrane resonators for high-Q optomechanics
介电膜具有优异的力学和光学性能，是量子光力学研究中最有前途的平台之一。众所周知，作为机械谐振器的应力氮化硅纳米膜的性能取决于它们的框架如何被夹持到样品底座上，这在实践中通常需要精细且难以复制的安装解决方案。在这里，我们证明了集成在膜的硅框架的声子带隙屏蔽消除了这种依赖性，通过抑制耗散声子隧穿。我们干蚀刻膜的框架，使其呈现$\mathrm{cm}$大小的桥的形式，其具有1维周期性图案，其声子态密度被定制为在MHz范围内围绕膜的高$Q$模式呈现一个或多个全带隙。我们量化的有效性，这种声子带隙屏蔽的光学干涉测量抑制传输的振动，以及框架夹紧条件对膜模式的影响。我们发现supply-up到$40~\mathrm{dB}$，并为三个不同的实现声子结构，始终观察到显着的抑制膜的模式对样品夹紧的依赖性-如果模式的频率位于带隙。因此，我们实现了$5\times 10^{6}$的膜模式品质因数，样品被紧紧地螺栓连接到低温恒温器的$8~\mathrm{K}$ -冷指。$Q\times f$-$6\times 10^{12}~\mathrm{Hz}$在$300~\mathrm{K}$和$14\times 10^{12}~\mathrm{Hz}$在$8~\mathrm{K}$的产品被观察到，满足机械振动到其量子基态的光学冷却的主要要求之一。
2013-12-30 cond-mat.mes-hall
Temperature Profile for Ballistic and Diffusive Phonon Transport in a Suspended Membrane with a Radial Symmetric Heat Source
我们已经计算了声子热输运的温度分布在一个径向对称的热源在两个极端情况下，无论是完全弹道或完全扩散运输的悬浮膜。理论结果证实，仅从径向温度分布就可以区分这两种传输机制。模型也进行了比较，用40纳米厚，独立的氮化硅膜低于1 K通过使用隧道结（SINIS）温度计测量的实验数据。所测得的温度分布定性地与弹道模型一致。
2010-08-30 cond-mat.mes-hall
Engineering Defect-Phonon Interactions Through Heterophase-Interfaces in Silicon Carbide Membranes
Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST)（蔚山科学技术院）；ROHM Research & Development Center, ROHM Co., Ltd.（罗姆研发中心和罗姆株式会社）
本研究提出利用远程外延技术构建3C/4H异相界面，以工程调控碳化硅中缺陷-声子相互作用，显著增强零声子跃迁并实现室温窄线宽量子发射体。
2026-09-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Enhancing Membrane-Based Scanning Force Microscopy Through an Optical Cavity
本文提出一种基于氮化硅薄膜和光学腔的扫描力显微镜，利用简正模式空间分离扫描与读出位点，面向仄牛顿量级低温应用。
2024-06-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Phonons in Slow Motion: Dispersion Relations in Ultra-Thin Si Membranes
我们报告的高超声速声学声子的色散关系的变化，在独立的硅膜薄至\sim 8 nm。我们观察到的基本弯曲模式的相速度和群速度的减少超过一个数量级相比，散装值。纳米结构中色散关系的改变对于纳米和微机电系统（MEMS/NEMS）以及光机械设备中的噪声控制具有重要的影响。
2012-09-11 cond-mat.mes-hall
Saturated Hydrocarbons on Silicon: Quantifying Desorption with Scanning Tunneling Microscopy and Quantum Theory
用低温超高真空扫描隧道显微镜（STM）研究了环戊烯在Si（100）-2x1表面的电子激发脱附，并从输运、电子结构和动力学等方面进行了理论计算。出乎意料的是，对于硅上的饱和烃，在低至2.5 V的偏置幅度下观察到脱附，尽管脱附产率比之前报道的硅上不饱和分子低500至1000倍。解吸的低阈值电压可归因于分子与硅表面的杂化，这导致费米能级的2- 3eV内的低位离子共振。这些共振是长寿命的，空间上局部化的，并且相对于中性状态在平衡中移位，在激发时导致硅二聚体原子的对称（正离子）或不对称（负离子）运动。这项研究强调了核动力学在硅基分子电子学中的重要性，并提出了控制这种动力学的新准则。
2006-07-24 cond-mat.mes-hall
Elastic Response of Mesoporous Silicon to Capillary Pressures in the Pores
我们研究水吸附引起的变形的单片，介孔硅膜穿过独立的通道$\sim$ 8 nm直径。我们专注于弹性常数与拉普拉斯压力引起的变形的膜毛细凝聚，即孔隙负荷模量。我们进行有限元法（FEM）模拟的吸附引起的变形的六边形和正方形格子的圆柱形孔代表膜。我们发现，孔隙载荷模量弱依赖于孔隙的几何排列，并可以表示为孔隙率的函数。我们提出了一个分析模型，该模型涉及的孔隙率和体硅的弹性性能（杨氏模量和泊松比）的孔隙负载模量，并提供了一个很好的协议与有限元结果。我们发现我们的实验数据和分析模型的预测之间的良好协议，与孔壁的杨氏模量略低于散装值。该模型适用于一大类具有类似于介孔硅的形貌的材料。此外，我们的研究结果表明，液体冷凝实验允许一个优雅地访问介孔介质的弹性常数。
2015-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Coupled elastic membranes model for quantum heat transport in semiconductor nanowires
本文提出了一个由耦合弹性膜组成的纳米线模型，目的是研究准一维量子系统中的热输运。每个弹性膜的振动被量子化，并且允许振动能量在相邻膜之间流动。纳米线的末端附着在保持在不同温度下的热浴中。我们推导了纳米线上能量流动的量子主方程，得到了热电流等关键观测量。我们通过随机化膜半径来研究无序边界对热流的影响。我们评估模型作为纳米线模拟以及研究的无序边界上的热导率的影响。计算结果表明，膜晶格模型表明，直径声子限制和严重减少的热导率由于表面粗糙度，这是半导体纳米线的特性。表面粗糙度还产生$κ=αL^β$形式的热导率的长度依赖性，其中$β$依赖于在其它弹道状态下的无序特性。最后，该模型的参数拟合到现有的实验数据的硅纳米线和计算的结果进行评估对实验数据。
2019-01-15 cond-mat.mes-hall
Optical probing of mechanical loss of a Si_{3}N_{4} membrane below 100 mK
我们报告在低于100 mK的温度下在高应力氮化硅（Si_{3} N_{4}）膜的低机械损耗。我们通过在支撑硅框架内形成的声子屏蔽来隔离膜，并且当我们在35 mK和5 K之间改变稀释制冷机基础温度时，测量许多高张力膜模式的机械品质因数。在最低温度下，我们获得了2.3 \times 10^{8}的最大品质因数（Q），对应于3.7 \times 10^{14} Hz的Q频率积（QFP）。这些测量补充了最近通过电检测在超低温下观察到的Si_{3} N_{4}的品质因数改善。我们还观察到的品质因数的依赖性的光学加热的设备。通过结合特殊的材料性能、高张力、先进的隔离和夹紧技术，高应力机械对象有望探索一种特殊品质因数的新领域。这种品质因数与低温下的光学探针相结合，将对作为量子物体的谐振器以及mK温度下的力传感器产生直接影响。
2016-11-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Magnetic Resonance Force Detection using a Membrane Resonator
小型、低成本磁共振成像仪器的出现将进一步扩大这一技术的实质性影响。我们报告使用低应力氮化硅（SiN $_x$）膜的磁共振高灵敏度检测。我们使用这些膜作为低损耗，高频机械振荡器，并发现它们能够以高灵敏度机械检测自旋相关力，从而实现超灵敏的磁共振检测。高的力检测灵敏度源于它们的高机械品质因数$Q\sim10^6$与谐振器的低质量相结合。我们利用这种优异的机械力灵敏度来检测使用SiN $_x$膜作为力检测器的电子自旋磁共振。在300 K下的力灵敏度为4 fN/ $\sqrt{\mathrm{Hz}}$，表明潜在的低温（4 K）灵敏度为25 aN/ $\sqrt{\mathrm{Hz}}$。由于其灵敏度，坚固的结构，大的表面积和低成本，SiN $_x$膜可以作为一个紧凑的室温ESR和NMR仪器，具有优越的空间分辨率比传统的方法的核心组成部分。
2016-03-28 cond-mat.mes-hall
Nano-Cross-Junction Effect on Phonon Transport in Silicon-Nanowire-Cages
声子的波动效应可以使热传导的可控性超过表面和界面处的粒子散射。在这项工作中，我们提出了一类新的3D纳米结构：由纳米交叉结（NCJ）连接的硅纳米线（SiNW）组成的硅纳米线笼（SiNWC）结构。我们进行了平衡分子动力学（MD）模拟，并发现一个超低值的热导率的SiNWC，0.173 Wm-1 K-1，这是一个订单低于SiNWs。通过进一步的模态分析和原子格林函数计算，我们确定，大的减少是由于显着的声子本地化引起的声子本地化的声子本地共振和杂交在结部分在广泛的声子模式。与声子晶体不同，这种局域化效应不需要笼是周期性的，并且可以在更容易合成的结构中实现，例如以随机取向的SiNW网络的形式。
2016-10-10 cond-mat.mes-hall
Strong parametric coupling between two ultra-coherent membrane modes
我们演示了氮化硅膜的两个模式之间的参数耦合。我们通过将振荡电压施加到接近膜表面的尖锐金属尖端以在几个100 nm内实现耦合。当电压振荡频率等于模式频率差时，模式周期性地交换能量，并且比它们的自由能衰减速率快得多。这种灵活的方法可能是有用的快速状态控制和模式之间的转移，是一个重要的一步参数自旋传感实验与膜谐振器。
2021-09-24 cond-mat.mes-hall physics.class-ph
Thermal transport and frequency response of localized modes on low-stress nanomechanical silicon nitride drums featuring a phononic bandgap structure
用于检测辐射、单个纳米颗粒或单个分子等的宽带热传感器的开发是非常感兴趣的。近年来，光热光谱的基础上的位移的谐振频率的应力纳米机械谐振器已被成功地证明。在这里，我们显示的应用程序的软夹声子晶体膜制成的氮化硅作为热传感器。它是实验证明如何准带隙保持即使在非常低的拉伸应力，与有限元方法模拟。的基本缺陷模式的相对响应度的增加被发现相比，均匀的正方形膜的大小相等，增强因子大的一个数量级。然后，我们展示了在纳米机械蹦床内部设计的声子晶体，这导致了拉伸应力的进一步降低和热隔离的增加，从而进一步提高了响应度。最后，缺陷模式和带隙调谐示出了通过激光加热的缺陷的基本缺陷模式完全离开带隙的点。
2020-05-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Electromechanics in vertically coupled nanomembranes
我们研究了一对悬浮氮化硅膜形成单片光机阵列的机电驱动。通过控制薄膜谐振器的拉伸应力通过压电控制的压缩力施加到膜芯片，我们展示了无创调谐其机械模式谱，以及强大的模式间机电耦合。压电致动也被证明是提高膜的非线性响应，这是证明无论是由参数放大的基本模式的热波动或这些模式的共振驱动到高振幅状态。这种电光机械膜阵列代表了用于传感、光子学和光机械应用的有吸引力的可调谐和通用平台。
2019-08-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Mechanical Properties and Fracture Patterns of Pentagraphene Membranes
最近提出了一种新的二维碳同素异形体，称为五元环戊二烯（PG）。PG表现出机械和电子有趣的性质，包括半导体材料的典型带隙值。PG具有非共面五边形的Cairo平铺状2D晶格，其力学性能尚未得到充分研究。在这项工作中，我们结合密度泛函理论（DFT）计算和反应分子动力学（MD）模拟研究拉伸应变下PG膜的力学性能和断裂模式。我们发现，PG膜可以容纳高达20%的应变，断裂发生后，大量的动态键断裂和形成的7，8和11碳环和碳链。观察到的应力-应变行为遵循两个制度，一个表现出线性弹性，然后是塑性的，涉及碳原子再杂化与碳环和碳链的形成。我们的研究结果还表明，从PG到石墨烯的机械诱导结构转变不太可能发生，与文献中先前推测的相反。
2017-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evidence of surface loss as ubiquitous limiting damping mechanism in SiN micro- and nanomechanical resonators
氮化硅（SiN）微机械和纳米机械谐振器由于其异常高的品质因数（$Q$ s）而在各个研究领域中吸引了大量的关注。尽管它们很受欢迎，但这些结构中限制损失机制的起源仍然存在争议。本文提出了一种结合声辐射损失和固有损失的分析模型。该模型准确地预测得到的模式依赖的$Q$的低应力富硅和高应力化学计量SiN膜。低应力膜与衬底的大的声学失配似乎使辐射损耗最小化，并且较高模式的$Q$（$n \wedge m \geq 3$）受到固有损耗的限制。对具有不同长度$L$和厚度$h$的低应力膜中的这些固有损耗的研究揭示了对于独立于$L$的薄谐振器，固有损耗与$h$的逆线性依赖性。通过比较从文献中提取的任意（膜、弦和杠杆）SiN谐振器的固有耗散，证实了这一发现，表明表面损耗是具有$Q_{surf} = β\cdot h$和$β= 6\times10^{10} \pm4\times 10^{10}$ ~m $^{-1}$的薄SiN谐振器中普遍存在的阻尼机制。基于固有损耗，给出了SiN膜和SiN串的最大可达$Q$和$Q\cdot f$产品。
2014-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface phonon-polaritons enhance thermal conduction in SiN nanomembranes
表面声子-极化激元可以在介电膜的表面上携带能量，因此预期有助于热传导。然而，表面声子极化激元（SPhPs）的热输运的贡献还没有实验证明。在这项工作中，我们通过实验测量了非晶氮化硅膜的有效面内热导率，并表明当膜厚度按比例减小时，SPhPs确实可以显著增加面内热导率。特别是，通过将薄膜（<100 nm）从300 K加热到800 K，由于SPhPs的贡献，热导率增加了两倍。
2019-08-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Analysis of membrane phononic crystals with wide bandgaps and low-mass defects
我们提出的技术建模和设计膜声子晶体与低质量的缺陷，优化力传感。此外，我们确定的声子晶体质量对比度的重要性，因为它涉及到的声学带隙的大小和缺陷模式的耗散特性。特别是，我们量化的高质量对比度声子晶体与其相关的强大的声学隔离之间的权衡，并减少软箝位的缺陷模式。我们制作了一组声子晶体与各种缺陷的几何形状的高应力化学计量氮化硅膜，并在室温和4 K下测量，以表征各种几何形状的耗散路径。这些设备的分析突出了一些设计原则，集成到光机系统的低质量，低功耗的机械模式的实施。
2019-06-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Buckling-induced quadratic nonlinearity in silicon phonon waveguide structures
我们制作并表征了一个单晶硅声子波导结构与锆钛酸铅（PZT）压电换能器。在硅绝缘体晶片的压应力引起的薄膜波导屈曲，导致二次非线性。集成在片上配置中的PZT换能器使我们能够激发高强度的机械振动，从而可以表征非线性行为。我们观察到一个软化的非线性响应作为驱动功率的函数，并证明了模式的转变和频率转换。本文首次报道了在弯曲声子波导结构中由二次非线性引起的非线性行为。该研究提供了一种利用内部应力控制声子波导中非线性的符号和阶数的方法，这使得声子集成电路中弹性波的精确操纵成为可能。
2021-12-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Highly sensitive thermal conductivity measurements of suspended membranes (SiN and diamond) using a 3w-Volklein method
介绍了一种用于测量膜热物性的悬挂式系统。灵敏的热测量是基于耦合到V $\ddot{o}$ lklein几何的3 $ω$动态方法。使用微加工工艺获得的装置允许测量膜的面内热导率，其灵敏度小于10 nW/K（室温下+/- $5x10^{-3}$ Wm $^{-1}K^{-1}$）和非常高的分辨率（$ΔK/K =10^{-3}$）。位于膜中心的传感器（加热器/温度计）用于产生热通量的振荡，并使用惠斯通电桥装置测量三次谐波下的温度振荡。在室温下测得的功率低至0.1nanoWatt。该方法已用于测量厚度为100 ~ 400 nm的低应力氮化硅薄膜和多晶金刚石薄膜的热性能。在多晶金刚石膜上测量的热导率支持对热传输的显著晶粒尺寸效应。
2012-01-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Thermal noise and optomechanical features in the emission of a membrane-coupled compound cavity laser diode
通过测量氮化硅悬浮膜作为近红外Littrow激光二极管的外反射镜的热运动，我们演示了使用复合光学腔作为线性位移检测器。由膜振动引起的激光光功率波动由集成在激光器内的光电二极管收集，然后用光谱分析仪测量。在零差结构中，研究了压电驱动器驱动的膜的动力学特性随气压和驱动器位移的变化关系。在$\sim 73$ kHz下基本机械模式的高Q因子（在$8.3 \cdot 10^{-3}$ mbar下的$\sim 3.4\cdot 10^4$）保证了足够高的检测灵敏度，可以直接测量室温下的热运动（$\sim 87$ pm RMS）。本文介绍的复合腔系统可作为台式、低成本的线位移检测器应用于腔光机。此外，由于激光复合腔的强光学非线性，这些系统打开了新的视角，在介观尺度上的非马尔可夫量子特性的研究。
2016-02-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
