Sensing and cooling of a nanomechanical resonator with an electron beam stimulated internal feedback and a capacitive force
提出了一种考虑电容相互作用的自由电子束冷却纳米悬臂梁的模型。位置传感和冷却应用的最佳参数估计从以前的实验条件。特别是，我们证明了一个纯粹的电容力和电子束刺激的内部反馈可以降低纳米antilever的温度的几个数量级，与传统的静电阻尼制度形成鲜明对比。我们提出了一个一步一步的协议来提取实验的相互依赖的参数。这项工作将有助于电子显微镜的超灵敏力传感器的未来发展。
2018-08-21 cond-mat.mes-hall
Frequency locking and controllable chaos through exceptional point in optomechanics
我们在由两个机械耦合的光机械腔（OMC）组成的系统中设计机械增益（损耗）。通过用蓝（红）失谐的激光驱动谐振器来控制增益（损耗）。我们预测分析存在多个例外点（EP），一种形式的退化的系统的特征值合并。在每个EP，发生相变，并且系统从弱耦合区切换到强耦合区，反之亦然。在弱耦合状态下，系统锁定在中间频率上，这是由EP处的聚结引起的。而在强耦合区，则会激发出两个或多个力学模态，这取决于系统参数。当两个机械模同时作用时，机械谐振器呈现拉比振荡，反之，在强耦合区，相互作用触发混沌。这种混沌是有界的EP，使其易于控制，通过调整这些退化。此外，这种混沌吸引子出现在低驱动功率，当耦合OMC都在蓝色边带驱动时发生的情况相比。这些工作开辟了有前途的途径，使用EP作为一种新的工具，研究集体现象（同步，锁定效应）在非线性系统，并控制混沌。
2018-07-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Parametric amplification in single-walled carbon nanotube nanoelectromechanical resonators
单壁碳纳米管（SWNT）谐振器的低品质因数限制了其在传感应用中的灵敏度。为此，我们采用的技术参数放大调制的弹性常数的单壁碳纳米管谐振器的谐振频率的两倍，并实现10倍的Q增强。在室温下获得的最高Q值约为700，比双箝位单壁碳纳米管谐振器的Q值记录高3 - 4倍。此外，有效的参数放大被发现只发生在悬链线振动制度。我们的研究结果开辟了可能性，采用重量轻，高Q值的碳纳米管谐振器在单分子和原子质量传感。
2011-07-26 cond-mat.mes-hall
Observation of an exceptional point in a non-Hermitian metasurface
异常点，也被称为非厄米简并，已经在宇称时间对称超颖表面中观察到作为宇称时间对称破缺点。然而，奇偶时间对称条件对元表面参数空间施加了约束，排除了对源于例外点的独特属性的全面检查。在这里，我们因此设计了一个一般的非厄米超颖表面的单元格包含两个正交取向的开口环谐振器重叠的谐振，但不同的散射率和辐射效率。这样的设计允许我们完全访问异常点周围的参数空间。异常点周围的参数空间首先检查通过改变入射辐射频率和开口环谐振器之间的耦合。我们进一步证明，例外点也可以观察到的入射辐射频率随着入射角。通过这两种方法，我们通过观察独特的能级交叉行为、包围下的本征态交换和圆偏振光的非对称透射来验证例外点的存在。
2019-11-30 cond-mat.mes-hall
High precision displacement sensing of monolithic piezoelectric disk resonators using a single-electron transistor
单电子晶体管（SET）可以用作极其灵敏的电荷检测器。机械位移可以转换为电荷，因此，SET可以成为机械振荡的灵敏探测器。利用压电材料实现机械谐振器是研究小能量振荡的一个重要途径。除了耦合到传统的电路，应变产生的压电电荷允许通过SET检测测量超小振荡。在这里，我们探讨使用SET检测剪切模式振荡的6毫米直径的石英圆盘谐振器的谐振频率约9兆赫。我们使用传统的DC SET测量机械振荡，或者使用SET作为零差或外差混频器，或者最后作为射频单电子晶体管（RF SET）。RF-SET读出被证明是最灵敏的方法，使我们能够测量低于1 E-13米的机械位移幅度。我们的结论是，基于SET的检测提供了一个潜在的达到机械振动的量子极限的灵敏度。
2018-02-19 cond-mat.mes-hall
Force sensing with a graphene nanomechanical resonator coupled to photonic crystal guided resonances
本研究提出用光子晶体导模共振替代反射镜，通过模拟证明可将石墨烯纳米机械谐振器的力传感响应度提高一个数量级，实现低光功率、高信噪比的热振动分辨，为超灵敏力检测提供简单光学方案。
2025-07-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Arbitrary-order exceptional points in a nanomechanical cavity
Tsinghua University（清华大学）；Beijing National Research Center for Information Science and Technology (BNRist), Tsinghua University（清华大学信息科学技术国家研究中心）；Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）
该研究通过纳米机械腔实现任意阶例外点，验证了其可扩展性并揭示了噪声与信号在EP附近的放大机制。
2026-10-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
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
Criticality-Enhanced Quantum Sensing with a Parametric Superconducting Resonator
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Alice & Bob；Institute for Complex Systems, National Research Council (ISC-CNR)（国家研究委员会复杂系统研究所）；Sapienza University（罗马第一大学）
利用有限组件相变实现临界现象增强的量子传感，通过参数化超导谐振子实现更高的测量精度。
2025-04-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Mass sensing for the advanced fabrication of nanomechanical resonators
我们报告的纳米机械工程方法，通过电子束机电耦合实时监测物质的生长。这种方法依赖于纳米机械谐振器的卓越质量感测能力。采用聚焦电子束诱导沉积法（FEBID）在单夹持纳米管悬臂梁的自由端选择性生长铂颗粒。电子束有两个功能：它允许在纳米管上生长材料，并通过探测纳米管的噪声驱动的机械共振来实时跟踪沉积的质量。一方面，这种检测方法非常有效，因为它可以以zeptogram范围内的分辨率解析质量沉积;另一方面，这种方法使用简单，易于广泛的潜在用户使用，因为它可以在现有的商业FEBID系统中操作，无需进行任何修改。所提出的方法允许设计具有精确定制功能的混合纳米机械谐振器。它也似乎是一种新的工具，用于研究超薄纳米结构的生长动力学，为研究迄今为止FEBID和相关方法的遥不可及的物理学开辟了新的机会。
2021-01-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Virtual exceptional points in an electromechanical system
非厄米哈密顿可以引起例外点（EP），这已经被广泛探讨与名义上相同的耦合谐振器。在这里，开发了一种非厄米机电系统，该系统具有在空间分布、频率甚至耗散符号方面大不相同的振动模式。采用类似光机械的参数调制来动态地耦合这些不同模式中的2个，并且在适当的参数范围内，它们的虚本征值合并，而它们的正常模式分裂。这个虚拟EP的存在确认通过数值模拟的耦合运动方程描述这个非退化系统的动力学。这些结果表明，虚拟EP可以访问系统组成的高度失配的谐振器，同时仍然保持访问的非平凡的现象，在他们的附近，如最近所证明的拓扑操作，从而使非厄米奇性更广泛地利用现实的物理系统。
2018-05-29 cond-mat.mes-hall
Capacitive crosstalk in gate-based dispersive sensing of spin qubits
本文研究了硅双量子点器件中栅极色散读出时由电容耦合引起的射频串扰，通过高Q值NbN谐振器量化了串扰对量子比特操作的影响，并提出将量子比特频率设置低于谐振器频率以抑制串扰。
2023-09-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Understanding the Quality Factor of Mass-Loaded Tensioned Resonators
具有大张应力的机械谐振器使得量子光力学和新型传感的一系列实验成为可能。许多感测应用需要通过向张紧谐振器附加质量来使张紧谐振器功能化。然而，这可能显著地改变谐振器模式品质因数，并因此改变其灵敏度。在这项工作中，我们调查的交叉从没有质量负载到一个大的质量负载上的模式形状和品质因数的张紧谐振器的效果。我们通过分析模型和有限元分析表明，作为负载质量的增加，令人惊讶的是，谐振器的模式形状变得独立的确切的负载质量，因此，其品质因数饱和。我们通过测量氮化硅蹦床谐振器的品质因数，同时以受控的方式改变负载质量，实验验证了这种饱和效应。
2022-09-03 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Optimized heat transfer at exceptional points in quantum circuits
超导量子线路是实现大规模量子计算机的潜在候选材料。然而，所设想的大密度集成部件需要适当的热管理和耗散控制。为此，有利的是利用可调耗散通道并利用例外点（EP）处的优化热流。在这里，我们实验上实现了EP在超导微波电路由两个谐振器。EP是哈密顿量的奇点，并且对应于谐振器之间的最有效的热传递而没有能量振荡。我们观察到一个交叉从欠阻尼到过阻尼耦合通过EP利用光子辅助隧穿作为\emph{in situ}可调谐耗散元件的谐振器之一。这里研究的方法可以应用于不同的电路，以获得快速耗散，例如，用于初始化量子位到它们的基态。此外，这些结果也为深入研究宇称时间（$\mathcal{PT}$）对称系统和单能量子超导微波电路中的自发对称性破缺铺平了道路。
2018-12-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Exceptional point enhances sensitivity of optomechanical mass sensors
我们提出了一种有效的光学机械质量传感器工作在例外点（EPs），非厄米简并系统的特征值和相应的特征向量同时合并。基准系统由两个机械耦合的光机械腔（OMC）组成，其中我们通过用蓝色（红色）失谐激光驱动腔来设计机械增益（损耗）。该系统在增益和损耗平衡时具有EP功能，其中任何扰动都会引起频率分裂，该频率分裂与扰动强度的平方根成比例，从而与传统的光机械传感器相比，灵敏度因子大幅提高。对于非退化的机械谐振器，二次光机械耦合用于调谐失配频率，以便更接近EP，将我们的感测方案的效率扩展到失配谐振器。这项工作为光机传感器的新灵敏度水平铺平了道路，该传感器可以在许多其他领域中找到应用，包括纳米颗粒检测，精密测量和量子精密测量。
2019-03-08 cond-mat.mes-hall
Non-Hermitian Quantum Sensing: Fundamental Limits and Non-Reciprocal Approaches
非厄米特系统的非常规性质，如例外点的存在，最近被认为是一种传感资源。然而，量子机制中噪声和效用的影响仍不清楚。在这项工作中，我们分析的参数传感特性的线性耦合模系统，有效的非厄米哈密顿描述。我们的分析充分考虑了经典和量子机制中的噪声效应，并充分考虑了基于相干驱动和零差检测的现实和最佳测量协议。专注于双模式设备，我们推导出任何这样的传感器的信号功率和信噪比的基本界限。我们使用这些来证明，增强信号功率需要增益，但不一定是任何接近一个例外的点。此外，当噪声被包括在内，我们表明，非互易性是一个强大的资源感测：它允许一个超过的基本界限约束任何传统的，互惠传感器。我们分析简单的双模式非互易传感器，允许这种参数增强的传感，但不涉及特殊的点物理。
2018-05-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Charge-sensing of a Ge/Si core/shell nanowire double quantum dot using a high-impedance superconducting resonator
本文提出用基于NbTiN的高阻抗耐磁场超导谐振器耦合Ge/Si纳米线双量子点，实现无直流电流条件下的色散电荷读出，并利用第二量子点作为电荷传感器探测最后一个空穴的耗尽，为色散读出和自旋-光子耦合奠定基础。
2022-12-03 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
Electromagnetic and Acoustic Fano Interference in Surface Acoustic Wave Resonators
Michigan State University（密歇根州立大学）；Quantinuum
本研究在GHz频段表面声波谐振器中同时引入电磁与声学法诺干涉，通过调控声学反射率分析两种机制，该器件宽温域特性可用于经典及量子传感。
2026-08-20 cond-mat.mes-hall
Ultrasensitive force detection with a nanotube mechanical resonator
自原子力显微镜问世以来，机械谐振器已被用于研究各种各样的现象，如单个电子自旋的动力学，正常金属环中的持续电流和卡西米尔力。这些实验的关键是测量弱力的能力。在这里，我们报告的力传感实验的灵敏度为1/2 zN Hz^（-1/2）在1.2 K的温度下使用的谐振器由碳纳米管制成。基于互相关电噪声测量的超灵敏方法与参数下转换相结合，用于检测由弱力引起的纳米管的低振幅振动。通过施加已知的电容力来量化力灵敏度。这种检测方法还允许我们测量纳米管在低温下的布朗振动。纳米管谐振器的力传感技术为探测和操纵单个核自旋以及磁力测量提供了新的机会。
2013-05-29 cond-mat.mes-hall
Sensing Dispersive and Dissipative Forces by an Optomechanical Cavity
我们实验研究了一个光机械腔，形成之间的机械谐振器，这是作为一个可移动的反射镜，和一个固定的光纤介质镜。当光纤尖端和机械谐振器之间的距离小于约1微米时，观察到系统行为的显著变化。观察到的效果是由于卡西米尔力，库仑相互作用，由于陷阱电荷，和光机耦合的综合影响。实验结果与理论计算结果的比较表明，两者具有部分一致性.
2016-01-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two-level system loss characterization of NbTi superconducting resonators on Si/SiO2 substrates
针对低温强磁场下量子比特对低损耗超导谐振器的需求，制备了Si/SiO₂衬底上的NbTi超导共面波导谐振器，表征了其两能级系统受限品质因数的温变和光子数依赖特性，验证了其作为下一代量子电路平台的潜力。
2025-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Ultrasensitive hysteretic force sensing with parametric nonlinear oscillators
提出了一种利用参数驱动非线性谐振器进行弱力线性检测的新方法。该方法是基于一个特殊的功能，在一个近共振周期性外力的谐振器的响应。该特征源于参数驱动、外力和非线性之间的复杂相互作用。对于弱参数驱动，响应表现出标准的Duffing类单跳滞后。对于较强的驱动振幅，我们发现一个定性的新的双跳滞后所产生的稳定的解决方案，由立方Duffing非线性。只有当存在外力时才存在额外的跳跃，并且其发生的频率线性地依赖于外力的幅度，从而允许对弱力进行直接的超灵敏检测。与国家的最先进的纳米机械谐振器，我们的计划应该允许力检测在阿托牛顿范围内。
2016-03-24 cond-mat.mes-hall nlin.CD
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
Radio frequency charge sensing in InAs nanowire double quantum dots
我们演示了耦合到射频（rf）电路的InAs纳米线双量子点（DQD）的电荷传感。我们使用零差检测来测量由谐振器反射的射频信号。在谐振器响应中观察到清晰的单点和DQD行为。射频反射法允许在少电子制度的DQD电荷稳定性图的测量，即使当通过该设备的直流电流太小而无法测量。对于信噪比为1，我们估计在点间电荷跃迁处的最小电荷检测时间为350微秒，对于引线的电荷跃迁为9微秒。
2012-05-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Exceptional Point and Cross-Relaxation Effect in a Hybrid Quantum System
例外点（EPs）是非厄米特系统的奇异简并点，其特征值和相应的特征向量在参数空间中同时合并，并且这些简并点对系统上的微小扰动非常敏感。在这里，我们报告的EP混合量子系统组成的致密的氮（P1）中心的金刚石耦合到共面波导谐振器的实验观察。这些P1中心可以分为三个自旋子系综，它们之间发生交叉弛豫。作为一种新的方法来证明这种EP，我们用驱动场泵浦一个给定的自旋子系综，在很宽的范围内调谐磁振子-光子耦合。我们观察到EP中的中间自旋子系综耦合到谐振器模式，而不管自旋子系综实际上是驱动。EP对泵送的这种鲁棒性揭示了P1中心中交叉弛豫的关键作用。它提供了一种新的方法来令人信服地证明交叉松弛效应的存在，通过EP。
2021-04-20 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Critical parametric quantum sensing
临界量子系统是量子精密测量应用的一个很有前途的资源，由于在相变附近发展的发散磁化率。在这里，我们评估的驱动耗散相变的参量克尔谐振器的功率。我们充分描述了用于频率估计的量子费舍尔信息和用于频率鉴别的Helstrom界。通过超越渐近制度，我们表明，海森堡精度可以实现与实验可达的参数。我们设计的协议，利用非线性谐振器的临界行为，以提高量子磁力计的精度和超导量子比特读出的保真度。
2023-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Rapid detection of coherent tunneling in an InAs nanowire quantum dot through dispersive gate sensing
色散传感是一种强大的技术，能够实现固态量子比特的可扩展和高保真度读出。特别是，基于栅极的色散传感已经被提出作为未来拓扑量子位的读出机制，其可以通过单电子隧穿通过零能量模式来测量。这种读出的发展需要解决相干电荷隧穿幅度从一个量子点在马约拉纳零模式主机系统忠实地在短时间尺度上。在这里，我们展示了快速单次检测的相干单电子隧道InAs纳米线量子点之间的振幅。我们将一个亚GHz的集总元件微波谐振器连接到一个点上的高电平臂门上，实现了一个灵敏的色散检测电路。由此产生的大的点谐振器耦合导致观察到的色散位移是在电荷简并的谐振器线宽的顺序。这种移位使我们能够区分库仑阻塞和共振，对应于量子位状态读出所预期的场景，对于1微秒的积分时间，信噪比超过2。我们的结果为在拓扑量子比特中实现微秒尺度上费米子宇称的Single Shot测量铺平了道路。
2018-12-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tunable Resonator Integrated Magnetometry
Northrop Grumman Mission Systems（诺斯罗普·格鲁曼任务系统）；University of Connecticut（康涅狄格大学）
本文提出并实现了一种基于超导可调谐谐振器（tRes）的磁力计，结合LC电路速度和SQUID磁通灵敏度，在毫开尔文温度下实现高灵敏度快速磁测量。
2026-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
