Quantum turnstile operation of single-molecule magnets
在广义主方程方法的框架下，研究了单分子磁体耦合到磁性或非磁性电极的含时输运。我们调查的瞬态制度引起的源极和漏极接触的周期性切换。如果电极具有相反的磁化，则量子旋转门操作允许中间激发态的逐步写入。反过来，瞬态电流提供了一种读取这些状态的方法。在我们的方法中，我们考虑到单轴和横向各向异性。后者可能会引起额外的量子隧穿过程，影响所提出的读写方案的效率。如果其中一个电极是铁磁性的，则可以制备分子自旋态的等权重混合物。
2015-07-03 cond-mat.mes-hall
Sub-Poissonian phononic population in a nanoelectromechanical system
人口的声子模式耦合到一个单电子晶体管的顺序隧穿制度进行了讨论的实验现实的情况下，中间的电子-声子耦合。在电子输运强烈驱动振荡器脱离平衡的情况下，发现像亚泊松玻色子分布这样的特征，只有很少的声子态被选择性地填充。电子Fano因子相比，在声子分布的波动，显示所有可能的组合的子和超泊松字符可以实现。
2007-09-21 cond-mat.mes-hall
Spectral distribution and wavefunction of electrons emitted from a single particle source in the quantum Hall regime
我们从理论上研究了按需单粒子源发射电子的光谱方案。整个系统，与电子旋转门源和单级量子点光谱仪，在量子霍尔制度中的导体中的边缘状态实现。采用Floquet散射的方法，在一个单一的理论框架内的源和光谱仪进行了分析。在点谱仪上通过直流电流分析了发射电子的非平衡分布。在绝热和中间源频率制度，分布被发现强烈的峰值周围的旋转栅门的主动谐振水平。在高频率下，分布被分成一组条纹，这是由通过旋转门的共振传输和单个Floquet量子的吸收或发射的相互作用引起的。对于理想的源操作，每周期发射一个电子，推导出单电子波函数的表达式。
2011-12-19 cond-mat.mes-hall
Vibrational cooling and thermoelectric response of nanoelectromechanical systems
纳米机电学的一个重要目标是冷却振动运动，理想情况下冷却到其量子基态。通过所施加的充电电流进行冷却是特别简单的，因此对于该效果是有吸引力的策略。在这里，我们探讨这种现象的背景下，一般理论的热电。在线性响应中，该理论根据其冷却效率和品质因数ZT来描述热电制冷器。我们表明，这两个概念结转到纳米机电系统中的声子冷却。作为一个重要的结果，这使我们能够讨论声子制冷机的效率与基本卡诺效率。我们通过彻底研究一个简单的双量子点模型来说明这些一般概念，该模型具有非常现实的实验和理论分析的双重优势。具体来说，我们得到的效率，品质因数，和有效温度的振动运动在两个制度的结果。在振动运动快于电子自由度的量子区域中，我们可以用主方程描述模型的电子和声子动力学。在互补的经典制度的慢振动运动，动力学描述在一个适当的朗之万方程。值得注意的是，我们发现，效率可以接近最大卡诺值的量子制度，与大的相关的品质因数。相比之下，效率通常远离经典状态中的卡诺极限。我们的理论结果应提供指导，在实验室中实施有效的振动冷却的纳米机电系统。
2014-07-11 cond-mat.mes-hall
Adiabaticity in semiclassical nanoelectromechanical systems
我们比较了绝热近似下和绝热近似下NEMS的半经典描述。我们考虑一个NEMS模型，其中包含一个单一的声子（振荡器）模式线性耦合到电子少能级系统与外部粒子库（铅）接触。利用Feynman-Vernon影响泛函理论，我们推导出了系统-导线耦合中非微扰振子轨迹的Langevin方程。一个稳定的电子流通过系统产生的非平凡的动力学行为的振荡器，即使在绝热制度。振荡器对电流的“反作用”也进行了研究。对于两个最简单的情况下，一个和两个耦合的电子能级，我们讨论了绝热和非绝热制度的振子动力学之间的差异。
2011-10-14 cond-mat.mes-hall
Superfluid $^4$He as a rigorous test bench for different damping models in nanoelectromechanical resonators
我们已经使用纳米机电谐振器探测超流$^4$他在不同的温度制度，跨越四个数量级的阻尼。这些制度的特点是由机制，提供了主导贡献的阻尼和共振频率的偏移：隧道两个级别的系统在最低的温度，弹道声子和rotons在几百mK，和层流阻力在两个流体制度低于超流转变温度以及在正常的流体。将纳米机电谐振器浸没在流体中显著增加了它们的有效质量，降低了它们的谐振频率。无耗散超流提供了一种独特的可能性，可以在原位显着改变机械谐振频率，从而可以对机械谐振器中的不同阻尼模型进行严格测试。我们应用这种方法来表征隧穿两个层次的系统损耗和磁动阻尼的设备。
2022-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Detection of qubit-oscillator entanglement in nanoelectromechanical systems
过去几年的实验表明，有可能使纳米机械谐振器和超导量子比特接近量子体系，并以接近海森堡不确定性极限的精度测量它们的属性。因此，我们将在纳米机械系统中经常看到真正的量子效应，这只是一个时间问题。量子力学的标志之一是纠缠态的存在。我们提出了一个现实的情况下，使其有可能检测纠缠的机械谐振器和量子位在纳机电设置。检测方案仅涉及耦合到振荡器和量子位的原子点接触的标准电流和噪声测量。这种设置可以允许第一次观察固态连续和离散量子系统之间的纠缠。
2010-05-11 cond-mat.mes-hall
Nonlinear Mode Coupling and Internal Resonances in MoS2 Nanoelectromechanical System
原子厚度的二维层状材料由于其优异的力学性能和极低的质量密度而成为纳米机电系统（NEMS）的新型材料。其中，石墨烯已成为纳米机械谐振器的首选材料。然而，最近对2D硫族化合物的兴趣也刺激了对使用诸如MoS2的材料用于NEMS应用的研究。随着使用这些材料制造的器件的尺寸缩小到原子级薄膜，应变和非线性效应变得重要。对非线性效应的清晰理解和操纵它们的能力对于下一代传感器至关重要。在这里，我们报告的所有电驱动和检测的几层二硫化钼谐振器。电检测多个模式并将模式驱动到非线性区域的能力使我们能够探测各种振动模式之间的非线性耦合。我们的设备中的模式耦合足够强，可以检测到三种不同的内部共振。
2015-05-27 cond-mat.mes-hall
Quantum Description of Shuttle Instability in Nanoelectromechanical Single Electron Transistor
研究了量子点的量子化机械振动耦合到电子通过量子点中的单能级的相干隧穿的系统中纳机电效应的电压依赖性。据发现，有两个不同的制度取决于所施加的电压的值。如果偏置电压低于某个阈值，则机械子系统的状态位于其基态附近。如果偏置电压高于阈值，则系统变得不稳定，这表现在位移的期望值是具有指数增加幅度的时间的振荡函数。这可以解释为量子体系中的穿梭不稳定性。
2003-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Nanoelectromechanical Systems
纳米机电系统（Nanoelectromechanical systems，简称NEMS）是一种亚微米尺度的MEMS系统。在这种尺寸范围内，可以获得极高的基频，同时保持非常高的机械响应性（小的力常数）。这种强大的属性组合直接转化为高力灵敏度，超低功率下的可操作性，以及以相当适度的控制力诱导可用非线性的能力。在这篇综述中，我将介绍NEMS，并概述其几个令人兴奋的初步应用。然而，在这个新领域的门槛上存在着一个严格的入门费：新的工程技术对于实现NEMS的全部潜力至关重要。MEMS方法论中的某些支柱根本无法有效地扩展到NEMS体系中。最有问题的问题是与其嵌入电路相比的设备的尺寸，其极端的表面积与体积比，以及其非常规的“特征操作范围”。这就产生了当前在发展国家环境管理系统方面的一些主要挑战。其中最突出的是需要：超灵敏，非常高带宽的位移传感器;表面质量和吸附物的前所未有的控制;在纳米级的有效驱动的新模式，以及精确，鲁棒和常规可重复的新方法，表面和散装纳米加工。我依次调查了这些方面，并通过描述这个新领域的几个令人兴奋的前景来结束。
2000-08-15 cond-mat.mes-hall
Quantum Shuttle Phenomena in a Nanoelectromechanical Single-Electron Transistor
当电子隧穿长度远大于中心岛的零点振荡幅度时，对纳机电单电子晶体管中的量子穿梭现象进行了理论分析.结果表明，当耗散低于某一阈值时，中心岛的振动基态是不稳定的。这种不稳定性发展的稳定状态进行了研究。研究发现，当两引线间的电场${\cal E}$远大于特征值${\cal E}_q$时，准经典穿梭图像得以恢复，而当${\cal E}\ll{\cal E}_q$大于特征值${\cal E}\ll{\cal E}_q$时，穿梭振动出现新的量子态.我们表明，在后一种制度小的量子涨落导致大（即有限的限制$\hbar \to 0$）穿梭振动。
2004-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Non-adiabadic charge pumping in a hybrid SET transistor
本文从理论上研究了基于SINIS或NISIN混合SET晶体管的电荷转门中的电流量化。量子化的准确性受到Andreev反射或库珀对电子共隧穿的限制。当这些过程直接与最低阶隧穿竞争时，这些过程的速率在“高于阈值”的情况下计算。我们表明，通过塑造的交流栅极电压驱动的旋转栅门，它应该是可能的，以实现$10^{-8}$，同时保持量化的电流的绝对值的顺序为30 pA的，只是一个旋转栅门与现实的参数，使用铝作为超导体。
2008-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Quantum master equation for nanoelectromechanical systems beyond the wide-band limit
针对电子输运慢于振荡器频率的纳米机电系统，提出超越宽频带极限的完全量子主方程，与HEOM数值结果吻合且推导出符合实验特征的粒子流表达式。
2025-06-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Proposal For A Quantum Hall Pump
提出了一种在精神上类似于电子旋转门的装置，除了它在量子霍尔流体内操作。在整数量子霍尔机制中，该设备每个周期泵送整数个电子。在分数态，它在每个循环中泵入整数个分数带电准粒子。这种装置可以精确测量量子霍尔效应准粒子的电荷。
2000-01-07 cond-mat.mes-hall
Dynamics of Shuttle Devices
纳机电系统（NEMS）的概念和实现在近年来引起了人们的极大兴趣。NEMS是将机械和电气动力学结合在一起的纳米级器件。穿梭装置是一种特殊的纳机电系统。给这些器件命名的特征组件是一个纳米尺寸的振荡量子点，它在源极和漏极引线之间一个接一个地传输电子。该设备代表了机电钟的纳米级模拟，其中放置在电容器极板之间的金属球在向极板施加高电压时开始振荡。本论文包含两种量子穿梭装置的动力学描述与分析。我们使用广义主方程方法描述动力学：一个非常适合的方法来处理这种开放量子系统。我们还将操作模式分为三种不同的制度：隧道，穿梭和共存制度。这些区域的特征通过三种研究工具给出：维格纳分布函数、电流和电流噪声。这些制度的基本动力学捕获的三个简化模型的推导，从完整的描述是可能的，由于特定的制度的时间尺度分离。我们还从这些简化模型中获得了航天飞机装置所表现出的各种不同动力学的更直观的图片。
2005-01-11 cond-mat.mes-hall
Dynamics of a suspended nanowire driven by an ac Josephson current in an inhomogeneous magnetic field
本文研究了在非均匀磁场中，纳米线悬浮在电压偏置下形成超导弱连接的纳机电约瑟夫森结。我们发现，约瑟夫森电流和磁场之间的非线性耦合产生拉普拉斯力，诱导的纳米线的旋转运动。通过进行分析和数值分析，我们表明，在共振，旋转运动的幅相动力学呈现不同的制度，这取决于磁场的不均匀性的程度：时间无关，周期性和混乱。这些制度之间的过渡也进行了讨论。
2012-04-23 cond-mat.mes-hall
Simple models suffice for the single dot quantum shuttle
量子穿梭机是一种典型的纳米机电装置，其中机械自由度是量子化的。使用描述航天飞机的广义主方程的全尺度数值解，我们最近已经证明了[Novotnovel { \it et al.}，物理修订信函{ \bf 92}，248302（2004）]，对于穿梭参数的某些限制，可以区分三种不同的电荷传输机制：（i）非相干隧穿机制，（ii）穿梭机制，其中电荷传输与机械运动同步，以及（iii）共存机制，其中器件在隧穿机制和穿梭机制之间切换。虽然这三个政权之间的交叉研究需要完整的数字，我们在这里表明，通过确定适当的时间尺度，它是可能的，以获得更简单的方程为每一个三个政权。简化的方程允许一个明确的物理解释，很容易解决，并在各自的有效域与完整的数值很好的协议。
2005-07-29 cond-mat.mes-hall
Franck-Condon blockade in suspended carbon nanotube quantum dots
理解原子的振动运动对分子中电子跃迁的影响构成了量子物理学的基石，正如光谱学的弗兰克-康登原理所体现的那样。最近的进展，在建设分子电子器件和纳米机电系统打开了一个新的舞台，研究机械和电子之间的相互作用的自由度在单分子水平上的运输。电子通过分子或悬浮量子点的隧穿已被证明激发振动模式或振动子。除此之外，理论预测，强电子-振动子耦合在低偏压下显著抑制电流流动，这种集体行为被称为弗兰克-康登封锁。在这里，我们显示的量子点上形成的悬浮单壁碳纳米管揭示了一个非常大的电子-振动子耦合的测量，由于我们的样品的高品质和前所未有的可调性，承认振动子介导的电子输运在强电子-振动子耦合制度的定量分析。这使我们能够明确地证明悬浮纳米结构中的Franck-Condon阻断。观测到的大量电子-振子耦合最终可能成为检测量子化机械运动的关键因素。它还强调了基于悬浮石墨烯片和碳纳米管的纳米机电设备应用的独特潜力。
2008-12-19 cond-mat.mes-hall
Motional Entanglement with Trapped Ions and a Nanomechanical Resonator
我们研究了纳机电系统（NEMS）同时与两个单独囚禁的离子相互作用的纠缠功率。为了突出这种纠缠能力，我们考虑了一个特殊的制度，其中离子-离子耦合不会在系统中产生纠缠，并且任何由此产生的纠缠都将是NEMS作为纠缠设备的结果。我们研究了NEMS诱导的离子-离子二体纠缠以及离子+NEMS三体纠缠的动力学行为。我们在这个混合系统中发现了一些非常显著的现象。例如，一旦离子-NEMS耦合达到某个值，最初不相关并以相干态制备的两个捕获离子就可以通过与纳米机电谐振器（也以相干态制备）相互作用而变得纠缠，并且这可以通过NEMS设备上的外部电压门来控制。
2013-08-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonlinear Switching Dynamics in a Nanomechanical Resonator
非线性系统的振荡响应具有多稳定性、不连续跳跃和滞后等特征现象。这些可以用于导致以下情况的应用中，例如，涉及精确的频率测量、混频、存储元件、振荡器或信号放大中的降低的噪声特性。在接近量子机制时，已经提出了实现低反作用测量技术或促进量子力学效应可视化的概念。在这里，我们研究的动态响应的纳米机电谐振器的非线性制度，旨在更详细的了解和开发的开关应用。而大多数以前的调查集中在双稳态的发病时产生的动态现象，我们提出的实验，产生洞察系统的非绝热演化，同时受到强驱动脉冲和随后的放松。用Duffing振荡器定量地模拟这种行为，我们可以控制它在两个稳定状态之间的高速切换，超过最近证明的结果10，000。
2009-09-21 cond-mat.mes-hall
Nonlinear Nanomechanical Mass Spectrometry at the Single-Nanoparticle Level
纳米机电系统（NEMS）已经成为一种有前途的技术，用于执行大生物分子和纳米颗粒的质谱分析。当纳米级物体一个接一个地落在NEMS传感器上时，它们会导致传感器的谐振频率发生与它们的重量成比例的可分辨的偏移。NEMS传感器的操作机制通常受到非线性起始的限制，超过非线性起始，基于锁相环频率跟踪的高灵敏度方案不能容易地使用。在这里，我们开发了一种测量架构，在非线性制度和测量频率变化引起的分析物在一个快速和灵敏的方式。我们使用这种架构来单独表征金纳米颗粒的质量，并通过基于线性质量传感对相同的纳米颗粒进行独立测量来验证结果。一旦建立了该技术的可行性，我们已经获得了一个20 nm的金纳米粒子样品的质谱，通过单独记录约500个单粒子事件，使用两种模式在非线性制度顺序工作。这里获得的技术可用于薄的纳米机械结构，具有有限的动态范围。
2019-02-07 cond-mat.mes-hall
Real-time diagrammatic approach to current-induced forces: Application to quantum-dot based nanomotors
在过去的几年里，纳米电机，特别是电流驱动的纳米电机越来越令人兴奋。尽管发现了各种各样的刺激结果，但强库仑相互作用的机制还没有被充分探索。在这里，我们考虑由一组耦合的量子点相互作用的机械自由度在绝热极限和弱耦合到电子水库组成的纳米机电设备。我们使用一个实时的图解方法，推导出一般表达式的电流诱导力，摩擦系数，和零频率力噪声的库仑阻塞制度的运输。我们证明了我们的表达式与Onsager的互易关系和波动耗散定理的能量耗散的机械模式完成。所得到的结果示出在一个纳米管组成的双量子点电容耦合到一些旋转的电荷。我们分析了电动机的动力学和性能作为施加的电压和加载力的函数，用于在充电稳定性图中环绕不同的三相点的轨迹。
2017-10-12 cond-mat.mes-hall
Classical to Quantum Transition of a Driven Nonlinear Nanomechanical Resonator
我们寻求的第一个迹象表明，纳米机电系统（NEMS）进入量子域，因为它的质量和温度降低。我们发现他们通过研究从经典到量子行为的驱动非线性Duffing谐振腔的过渡。运动方程的数值解，在谐振器的谐振腔的谐振区，表明量子维格纳函数逐渐偏离相应的经典相空间概率密度。由于非线性而产生的这些明显差异可以作为实验证据，在不久的将来，NEMS谐振器正在进入量子领域。
2007-02-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Current noise in a vibrating quantum dot array
我们开发了用于计算量子穿梭机的零频率噪声的方法，即机械运动被量化的纳米机电设备。作为一个模型系统，我们考虑一个三点阵列，其中内部的电子相干性都复杂和丰富的物理。两种不同的配方：（i）量子回归定理，（ii）计数变量的方法。它表明，无论是分析和数值，这两个配方产生相同的结果，当它们各自的适用性的条件得到满足。我们描述了广泛的电流和电流噪声（Fano因子）的数值计算的结果，基于马尔可夫广义主方程的解决方案。的电流和噪声的结果进一步分析的维格纳函数，这有助于区分不同的运输制度（特别是，穿梭与cotunneling）。在弱点间耦合的情况下，电子输运经由相邻点之间的顺序隧穿进行。一个简单的速率方程的速率计算分析从P（E）理论的发展，并显示出同意的完整的数字。
2004-05-21 cond-mat.mes-hall
Operating Nanobeams in a Quantum Fluid
微机电（MEMS）和纳机电系统（NEMS）是探索量子流体的理想候选者，因为它们可以重复制造，覆盖从数百千赫兹到千兆赫兹的频率范围，并且通常具有非常低的功耗。它们的小尺寸提供了在与相干长度相当或低于相干长度的尺度上探测超流体的可能性。也就是说，迄今为止还没有成功的测量NEMS谐振器在液相氦。在这里，我们报告的操作的双钳位铝纳米梁在超流$^4$他在温度跨越超流过渡。该装置被证明是非常敏感的超流体密度和正常的流体阻尼的检测器。然而，这项工作的另一个非常重要的成果是，现在我们已经证明这些装置可以在超流$^4$ He中成功操作，将它们应用于超流$^3$ He是简单的，它可以常规冷却到低于100\，$μ$ K。这使我们进入制度，在几个MHz的频率下工作的纳米机械设备可能进入其机械量子基态。
2018-09-19 cond-mat.mes-hall
Mechanical systems in the quantum regime
力学系统是研究宏观物体量子行为的理想对象。为此，必须将机械谐振器冷却到其基态，并且必须非常精确地测量其位置。目前，正在探索实现这些目标的各种途径。在这篇评论中，我们讨论了不同的技术敏感的位置检测，我们给出了一个概述的冷却技术，正在采用。后者包括边带冷却和主动反馈冷却。解释了在高精度和/或极低温度下测量机械系统时重要的基本概念，如热和量子噪声，线性响应理论和反作用。由此，线性位置检测的量子极限，并在最近的光和纳米机电实验中已经实现的灵敏度相比，这个限制。实验中使用的机械谐振器从米大小的引力波探测器到只能使用介观设备（如单电子晶体管或超导量子干涉设备）读取的纳米机械系统。一类特殊的纳米机械系统是自下而上制造的碳基器件，它们具有非常高的频率和较大的零点运动，使它们成为实现量子机制的理想选择。在纳米尺度上的一些不同的机械系统的力学进行了研究。最后，我们展望了如何改进最先进的机械谐振器来研究量子{ \it力学}。
2011-10-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
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
Quantum simulation of the Anderson Hamiltonian with an array of coupled nanoresonators: delocalization and thermalization effects
探讨了利用纳机电系统作为量子多体效应模拟工具的可能性。结果表明，静电耦合纳米谐振器阵列可以有效地模拟玻色-哈伯德模型没有相互作用，对应的单声子制度的安德森紧束缚模型。采用一个密度矩阵形式的系统耦合到一个玻色热浴，我们研究无序和热化之间的相互作用，专注于离域过程。据发现，声子人口保持本地化很长一段时间在足够低的温度下，随着温度的升高，本地化迅速失去由于热泵激到阵列中，在平衡中产生一个完全热化的系统。最后，我们考虑了一个可能的实验设计来测量声子人口的阵列中的超导transmon量子位耦合到个人的纳米谐振器。我们还考虑了使用所提出的量子模拟器实现连续时间量子行走的可能性。
2016-05-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
