Narrowband nanomechanical mass measurement using nonlinear response of a graphene membrane
我们提出了一个方案来测量一个单一的粒子的质量使用的非线性响应的二维纳米谐振器与简并的本征模。使用数值和分析计算，我们表明，通过驱动一个正方形的石墨烯纳米谐振器进入非线性制度，同时确定的质量和位置的添加粒子是可能的。此外，该方案仅需要在基本谐振附近的窄频带中进行测量。
2010-10-08 cond-mat.mes-hall
Extracting higher-order nonlinearities in nanomechanical resonators using the backbone relation
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；University of Konstanz（康斯坦茨大学）
本研究针对纳米机械谐振器的高阶非线性提取问题，提出基于backbone曲线的鲁棒框架，通过基准测试验证其在非线性表征上优于传统频率响应技术。
2026-08-04 cond-mat.mes-hall
Tuning the nonlinear dispersive coupling of nanomechanical string resonators
我们研究了两个双钳位纳米机械氮化硅弦谐振器的弯曲面内和面外模式之间的非线性色散模式耦合。当一个模式的振幅从线性响应区域过渡到非线性区域时，我们发现另外两个模式的频率偏移。谐振器通过共享夹点强弹性耦合，并且可以介电调谐进入和退出谐振，从而避免多模式交叉。当模式开始混合时，它们的偏振改变。这以非平凡的方式影响非线性色散耦合。我们提出了一个理论模型来描述模式杂交的色散耦合的依赖。
2019-12-13 cond-mat.mes-hall
Nonlinear modal coupling in a high-stress doubly-clamped nanomechanical resonator
我们提出了一个单一的高应力，双夹氮化硅纳米机械梁的不同弯曲振动模式之间的非线性耦合的研究结果。在100 mK下进行测量，并使用磁动技术驱动光束。我们分别观察了模式的非线性行为，并通过在多个频率下驱动光束来测量它们之间的耦合。我们证明了不同的模式的谐振器相互耦合的位移诱导的张力在梁，这也导致了众所周知的Duffing非线性双固支梁。
2012-04-19 cond-mat.mes-hall
Nonlinearity and nonclassicality in a nanomechanical resonator
定量地讨论了机械谐振器的非线性与其基态非经典性之间的关系。特别是，我们分析了非线性Duffing振荡器（被驱动或不）的非经典特性作为一个范例的非线性纳米机械谐振器。我们首先讨论如何量化这个系统的非线性，然后表明，非经典的基态，所占的体积由负的一部分的维格纳函数，单调增加的非线性在我们的研究中解决的所有工作制度。我们的研究结果定量地表明，非线性是一个资源，创造非经典状态的力学系统。
2015-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Amplitude stabilization in a synchronized nonlinear nanomechanical oscillator
与同步噪声非线性振荡器中的频率稳定现象不同，人们对它的振幅稳定性知之甚少。在本文中，我们从实验和理论上研究了与外部谐波驱动同步的非线性纳米机械自持振荡器的振幅演化和稳定性。我们表明，音调之间的相位差起着至关重要的作用，在振幅水平上，我们表明，在强非线性制度，其振幅波动大大减少。这些发现揭示了同步现象的一个新方面，将其应用范围扩展到时钟参考领域之外，并提出了一种新的方法来提高振荡器的振幅稳定性。
2021-12-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Characterizing multi-mode nonlinear dynamics of nanomechanical resonators
针对多模影响下传统模型偏离实验的问题，提出基于 FEM 仿真的非线性降阶建模方法，在 70 MHz 范围内捕捉纳米机械谐振器的全局非线性动力学，并通过 graphene nanodrum 实验验证其无需经验参数即可复现多种非线性现象，为器件设计提供途径。
2023-04-03 cond-mat.mes-hall
Steady-state negative Wigner functions of nonlinear nanomechanical oscillators
我们提出了一种在非经典稳态下制备纳米机械振荡器的方案，其特征在于明显的负维格纳函数。在我们的光学机械方法中，机械振荡器耦合到光学腔的多个激光驱动谐振。通过非均匀静电场降低振荡器的谐振频率，我们显著地提高了其固有的几何非线性每声子。这使得运动边带分裂成单独的谱线为每个声子数和个别声子之间的跃迁福克状态可以选择性地解决。我们表明，这使得在一个单一的声子Fock状态的纳米机械振荡器的准备。例如，我们的方案可以用分散地耦合到现有技术回音壁模式微腔的倏逝场的碳纳米管来实现。
2012-02-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Response of parametrically-driven nonlinear coupled oscillators with application to micro- and nanomechanical resonator arrays
在弱非线性极限下，利用长期摄动理论计算了耦合非线性振子阵列对参数激励的响应。小阵列振子的精确结果用于指导大阵列运动方程的数值积分分析。结果提供了一个定性的解释，最近的实验[Buks和Roukes，cond-mat/0008211，出现在J. MEMS（2002）]，涉及参数激励微机械谐振器阵列。未来的实验建议，可以提供定量测试的理论预测。
2002-08-20 cond-mat.mes-hall
Modelling and observation of nonlinear damping in dissipation-diluted nanomechanical resonators
耗散稀释使应力，高纵横比纳米机械谐振器，如弦或膜极低的线性损耗。在这里，我们报告的观测和理论建模的非线性耗散在这样的结构。我们介绍了一个分析模型的基础上冯卡门理论，可以使用任意几何形状的有限元模型进行数值评估。我们使用这种方法来预测超相干声子膜谐振器的非线性损耗和（Duffing）频移。一组系统的测量与氮化硅膜显示出良好的协议与低阶软箝位模式的模型。我们的分析还揭示了这些非线性和耗散稀释之间的定量联系。这是未来的设备设计的兴趣，并可以提供重要的洞察力时，诊断在实验环境中的耗散稀释的性能。
2021-04-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Nonlinearity in nanomechanical cantilevers
Euler-Bernoulli梁理论被广泛用于成功预测微纳米悬臂梁的线性动力学。然而，它的能力来表征这些设备的非线性动力学尚未得到严格的评估，尽管它在纳米机电系统的发展。在这篇文章中，我们报告了第一个高度控制的测量的非线性响应的纳米机械杠杆使用超线性检测系统。这是进行广泛的设备，以探测欧拉-伯努利理论在非线性制度的有效性。我们发现，它的预测强烈偏离我们的测量的基本弯曲模式的非线性，这表明一个系统的纵横比（长/宽）的依赖与随机散射。这与第二种模式相反，第二种模式总是与理论相一致。这些发现强调了基本模式中惯性和几何非线性效应之间的微妙平衡，并强烈激励进一步的工作，以发展超越欧拉-伯努利近似的理论。
2013-01-09 cond-mat.mes-hall
Quantum entanglement between a nonlinear nanomechanical resonator and a microwave field
我们考虑一个理论模型的非线性纳米机械谐振器耦合到超导微波谐振器。纳米机械谐振器以其谐振频率的两倍被参数化地驱动，而超导微波谐振器以频率相差等于参数化驱动频率的量的两个音调被驱动。我们证明了该系统的半经典近似具有一个有趣的不动点分支结构。在半经典动力学中，从稳定的不动点到极限环的过渡被观察到，从正到负的失谐。我们发现，这种分叉结构的签名也存在于全耗散量子系统，并进一步表明，它导致的纳米机械谐振器和微波腔之间的混合态纠缠的耗散量子系统，是一个最大的接近半经典分岔。给出了半经典极限环的量子签名。
2010-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
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
Mass Detection with Nonlinear Nanomechanical Resonator
纳米机械谐振器具有小质量、高谐振频率和低阻尼率，被广泛用作质量检测器。我们研究这样的检测器的性能时，谐振器被驱动到一个区域的非线性振荡。我们从理论上预测，在这个区域的系统作为一个相敏机械放大器。当零差检测用于读出时，可以利用这种行为来实现输出信号中的噪声压缩。我们发现，在这个区域中的设备的质量灵敏度可能超过上限时，在线性区域中操作的灵敏度由热机械噪声。另一方面，我们表明，高质量的灵敏度是伴随着系统的响应的质量变化的放缓。
2006-07-05 cond-mat.mes-hall nlin.SI quant-ph
Tunable parametric amplification of a graphene nanomechanical resonator in the nonlinear regime
参量放大被广泛应用于纳电机械系统中，以增强所转换的力学信号。虽然在不同的机械谐振器系统中已经研究了参量放大，但涉及的非线性动力学很少受到关注。利用石墨烯优异的电学和力学性能，我们利用双箝位石墨烯纳米机械谐振器实现了电调谐参量放大。通过施加两倍于谐振频率的外部微波泵浦，我们研究了非线性区的参量放大。实验结果表明，非线性Duffing力的提取系数α和非线性阻尼系数η是外泵浦功率的函数，表明在我们的装置中存在着Duffing（~x^3）和van der Pol（~x^2 dx/dt）类型以外的高阶非线性效应。即使当涉及高阶非线性时，仍然可以在非线性区域中实现参量放大。参量增益随外泵浦功率的增加而增大，并呈现饱和趋势。此外，参数增益可以通过栅极电压进行电调谐，在19 V的栅极电压下实现了10.2 dB的最大增益。我们的研究结果将有利于非线性动力学，特别是石墨烯纳米机械谐振器中的非线性阻尼的研究，这在过去的十年中一直在社会上争论。
2020-08-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
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
Quantum Nondemolition Measurement of Discrete Fock States of a Nanomechanical Resonator
本文从理论上研究了一种集成纳米机械谐振器和LC谐振器的射频超导干涉装置。通过应用绝热和旋转波近似，我们得到一个有效的哈密顿量，管理的机械和LC谐振器的动力学。该哈密顿量中的非线性项可用于对纳米机械谐振器的Fock态进行量子非破坏测量。我们解决的实验实施的可行性，并表明，非线性耦合可以足够强，允许检测离散的机械Fock状态。
2007-08-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Macroscopic quantum effects in a strongly driven nanomechanical resonator
研究了纳米机械悬臂梁在周期性外力驱动下的非线性响应。因此，基横模的振幅表现得像一个受驱动的非谐势中的弱阻尼量子粒子。利用Born-Markovian主方程，计算了不同驱动频率下的基模振幅。在非线性区域，我们观察到相应的经典模型中不存在的共振。它们被证明是与共振多声子激发。此外，我们确定在动态诱导的有效势的共振隧穿。
2005-05-27 cond-mat.mes-hall
Anomalous dissipation of nanomechanical modes going through nonlinear resonance
研究了纳米力学系统中耦合模态的非线性共振。为了揭示动力学的定性特征，我们考虑了极限情况，其中的结果可以得到解析。对于1：3共振，当高频模的衰减率较大时，低频模的衰减率对振幅的依赖性是非常强的和非单调的。在这种情况下，接近共振驱动的低频模式可以具有几个具有恒定振幅的稳态振动分支。如果这两种模式的衰减率相比，他们的耦合和内部非线性小，动态对应于缓慢衰减的强烈的非正弦振动的振幅。弱驱动可以使这些振动稳定。
2017-02-02 cond-mat.mes-hall nlin.CD
Nonlinear damping and dephasing in nanomechanical systems
我们提出了一个微观理论的非线性阻尼和失相的低频本征模式在纳米和微机械系统。这两种效应的机制是热激发的振动模式的散射所考虑的本征模式。对于非线性阻尼，散射伴随着$2\hbarω_0$的能量转移，对于退相，散射是准弹性的。我们发展了一种形式主义，它允许研究空间均匀系统和具有强非均匀性的系统，这是光滑的热模式的典型波长，但不是他们的平均自由程。我们确定的非线性类似物的朗道-鲁默，热弹性，和Akhiezer机制，并找到依赖的弛豫参数的温度和系统的几何形状。
2016-09-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Arbitrary distribution and nonlinear modal interaction in coupled nanomechanical resonators
我们提出了一个一般的一维{ \em连续}制剂来分析天线状纳米机械谐振器的振动模式，该谐振器由两个对称的悬臂阵列固定到一个中心纳米梁。悬臂梁阵列可以具有任意的密度和沿梁的长度轮廓。我们得到的长期方程，允许其频谱的测定和说明的结果上的特定例子的结构与恒定或交替的悬臂长度配置文件。我们表明，我们的分析结果捕获的振动频谱，这样的谐振器和阐明的关键关系，可以证明有利于实验设备的性能。此外，使用微扰的方法来处理驱动结构的非线性和耗散动力学，我们分析了耦合元件设备的两个特定的宽间隔模式之间的非谐耦合，直接应用于实验。
2009-03-12 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
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
Resonant nonlinear response of a nanomechanical system with broken symmetry
我们研究了一个弱阻尼振动模式的纳米弦谐振器的响应，一个中等强度的共振驱动力。由于实验的几何形状，所研究的弯曲振动缺乏反演对称性。正如我们所示，这导致了一个非平凡的依赖力参数的振动振幅。对于相对较弱的力，响应具有熟悉的Duffing形式，但对于稍微较强的力，它变得明显不同。与此同时，出现了两倍于驱动频率的振动，这是对称性破缺的标志。它们的振幅和相位使我们能够建立三次非线性的潜在模式的机制负责这两个意见。所发展的理论超越了标准的行波近似。它定量地描述了实验，并允许我们确定的非线性参数。
2021-08-31 cond-mat.mes-hall
Superconductive pumping of nanomechanical vibrations
我们证明了超电流可以从电池中泵出能量，电池提供电压偏置到纳米机械振动中。使用包含纳米线约瑟夫森弱连接的设备作为一个例子，我们表明，超导和静态外部磁场之间的非线性耦合导致一个洛伦兹力，激发弯曲振动的线在共振条件。我们还证明了实现一个以上的制度的固定非线性振动的可能性，以及如何通过相关的直流约瑟夫森电流检测它们，我们讨论了可能的应用，这样一个多稳态纳米机电动力学。
2010-11-05 cond-mat.mes-hall
Strong vibration nonlinearity in semiconductor-based nanomechanical systems
研究了具有等效能谷的半导体纳米和微机械系统中电子-声子耦合对振动本征模的影响。我们表明，耦合可以导致一个强大的模式非线性。其机理是应变对谷简并度的提升。电子在谷之间的重新分布由电子-声子耦合常数与电子化学势或温度的大比率控制。我们发现在应变项中的四次电子自由能，这决定了模式频率的振幅依赖性。这种依赖性计算硅微系统。不同的模式和晶体取向，它是显着不同的，并可以随电子密度和温度的非单调变化。
2016-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing nonlinear mechanical effects through electronic currents: the case of a nanomechanical resonator acting as electronic transistor
我们研究了一个一般模型，描述了一个自检测单电子晶体管实现了一个悬浮的碳纳米管附近的天线驱动。该设备的主要特点，最近在一些实验中观察到的，准确地再现。当器件处于低载流状态时，电流中的峰值发出机械谐振的信号。相反，在高载流状态下发现电流下降。在谐振器的非线性振动制度，我们能够定量再现的特征不对称形状的电流-频率曲线。我们表明，在高值的天线振幅的非线性效应有关的电子流引起的有效非线性力。电子和机械自由度之间的相互作用被理解为一个统一的模型，包括在一个内在的方式由外部探头驱动的非线性效应。
2012-05-23 cond-mat.mes-hall
Nonlinear nanomechanical resonators approaching the quantum ground state
本研究针对接近量子基态的非线性机械谐振器难题，通过将纳米管谐振器与单电子隧穿超强耦合增强Duffing非线性，实验验证低温下热振动高度非线性，为机械量子态等研究铺路。
2022-11-14 cond-mat.mes-hall
Driven nonlinear nanomechanical resonators as digital signal detectors
共振驱动纳米机械系统的振动模式由于其非线性，在一定的驱动力振幅范围内，存在共存的受迫振动稳定态。根据其相位（编码二进制信息），相同频率的信号会增加或减少力的振幅。由此产生的力幅度可以在双稳态范围之外。模式振幅的值在双稳区域的相对侧上显著不同。因此，模式振幅对信号相位非常敏感。这建议使用驱动模式作为双向分叉放大器，其根据信号相位在相反方向上切换并提供基本上数字输出。我们研究了放大器在临界点附近的工作情况，在临界点处，双稳区的宽度趋于零，因此信号幅度的阈值较低。我们还开发了一种分析技术，并研究了阈值附近的错误率。结果适用于广泛的目前研究的系统，并扩展到微机械系统和非线性电磁腔。
2018-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
FPU physics with nanomechanical graphene resonators: intrinsic relaxation and thermalization from flexural mode coupling
非线性系统中的热化是统计力学中的一个中心概念，自Fermi，Pasta和Ulam（FPU）的开创性工作以来，已经在理论上得到了广泛的研究。使用分子动力学和连续建模的振铃设置，我们表明，由于非线性模式耦合的热化本质上限制了纳米机械石墨烯鼓的品质因数，并把它们变成FPU物理的潜在测试床。我们发现的热化率$Γ$是独立的半径和缩放为$Γ\sim T^*/ε_{\rm pre}^2$，其中$T^*$和$ε_{\rm pre}$是有效的谐振腔温度和预应变。
2014-04-07 cond-mat.mes-hall
Cascade of Modal Interactions in Nanomechanical Resonators with Soft Clamping
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学卡弗里纳米科学研究所）
研究揭示了软夹持纳米机械谐振器中非线性模态相互作用的级联效应，并通过降阶模型阐明其机制。
2026-02-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Phonon antibunching effect in coupled nonlinear micro/nanomechanical resonator at finite temperature
在这项研究中，我们研究了耦合非线性微/纳机电系统（MEMS/NEMS）谐振器在有限温度下的声子反聚束效应。在弱驱动极限下，通过求解稳态Liouville-vonNeumann主方程，给出了声子反聚束的最佳条件。我们发现，在低温下，声子反聚束效应发生在弱非线性和机械耦合的制度，这是证实了解析和数值解。我们还发现，热噪声可以降低甚至破坏不同的机械耦合强度的反聚束效应。此外，从强反聚束到聚束的声子关联已被观察到的温度域。最后，我们发现，在有限温度的情况下，一个适当的强驱动将有助于保持最佳的声子相关对热噪声。
2017-11-22 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
Tunnelling of transverse acoustic waves on a silicon chip
用于横向声波的纳米机械电路有望实现计算、精密生化传感和许多其他应用的新方法。然而，由于缺乏对纳米机械元件之间的耦合的精确控制，进展受到阻碍。在这里，我们展示了虚拟声子之间的耦合横向机械元件，利用隧道通过零模式的声屏障。这允许在硅芯片上构建大规模纳米机械电路，为此我们开发了一种新的可扩展制造技术。作为示例应用，我们建立了具有可控反射率的模式选择声镜，并演示了声学空间模式滤波。我们的工作为全纳米机械计算机处理器和分布式纳米机械传感器等应用铺平了道路，并探索了非线性纳米机械动力学的丰富景观。
2021-03-24 cond-mat.mes-hall physics.class-ph
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
Experimental Quantification of Nonlinear Mode Coupling in Nanomechanical Resonators using Multi-tone Excitation
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学卡弗里纳米科学研究所）
本文通过多音谱学方法，实验确定了纳米机械谐振子中多模非线性耦合强度，利用双音激励和高阶模探测音生成边带响应，通过逆向重建确定非线性耦合参数，实现设备特异性非线性降阶模型的重构。
2026-04-15 cond-mat.mes-hall
Noise-enabled precision measurements of a Duffing nanomechanical resonator
我们报告的射频机械谐振器的非线性响应的定量实验测量，具有非常高的品质因数，由一个大的扫频力驱动。我们直接测量的两个盆地的吸引力，出现在非线性制度之间的无噪声过渡动力学，并找到良好的协议与预测的一维Duffing运动方程。然后，我们测量的过渡率的响应控制水平的白噪声，并提取激活能从每个盆地。噪声引起的过渡的测量使我们能够获得精确的值的临界频率，自然共振频率，和三次非线性参数的Duffing振荡器，直接应用到高灵敏度的参数传感器的基础上，这些谐振器。
2004-06-22 cond-mat.mes-hall
A Nanomechanical Atomic Force Qubit
本文提出利用原子力实现无辅助量子比特的硅纳米机械量子比特，工作频率60 MHz，非谐性5 MHz，并展示电路量子声动力学架构，支持色散读出与多比特操作，推动量子非线性声子学发展。
2024-07-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Statistical Properties of a Fluctuation-Driven Nanomechanical Duffing Resonator
Boston University（波士顿大学）；Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；James Madison University（詹姆斯麦迪逊大学）；Sabanci University（萨班哲大学）；Bilkent University（比尔肯特大学）；Gordon College（戈登学院）
研究纳米机械双端固支梁振子的涨落非线性动力学，引入基于模式涨落振幅的有效温度，发现大振幅下非线性显著时有效热能降低、响应统计从高斯转为低峰态。
2026-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.app-ph
Ultrafast Reservoir Computing based on Nonlinear Nanomechanical Resonators at Ambient Conditions
本文提出利用纳米机电系统（NEMS）谐振器的非线性与衰减记忆效应实现超快储备池计算，在环境条件下以每像素3.3微秒的速度实现MNIST手写数字90%识别率，为资源受限环境提供高效快速的信息处理方案。
2024-09-25 cond-mat.mes-hall nlin.PS physics.app-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
Effect of hole-strain coupling on the eigenmodes of semiconductor-based nanomechanical systems
本研究探讨p型掺杂半导体纳米机械谐振器中的说空穴-应变耦合对本征模的影响，发现其导致本征频率和模非线性对温度、模非线性对空穴密度呈非单调依赖，并讨论了对衰减率的影响，结果与实验对比。
2025-02-13 cond-mat.mes-hall
Non-Exponential Relaxation in the Rotating Frame of a Driven Nanomechanical Mode
该研究在共振驱动的单模非线性纳米力学谐振器旋转框架中观测到非指数弛豫，通过额外近共振谐波力激发振荡并测量衰减，用简约模型关联动力学与耗散诱导的对称性破缺。
2025-08-26 cond-mat.mes-hall
Parametric oscillation, frequency mixing and injection locking of strongly coupled nanomechanical resonator modes
我们研究了两个强耦合的，高品质因数纳米机械谐振器模式的锁定现象，在一个单一的驱动频率受到一个共同的参数驱动。通过控制介电梯度力，我们调谐的谐振频率的弯曲面内和面外振荡的高应力氮化硅串通过它们的相互避免交叉。对于强公共参量驱动的情况下，观察到通过参量振荡的信号闲频产生，类似于光学参量振荡器中的非线性光学效应的框架。的信号和空闲的谐振频率调谐证明。当信号和闲频的谐振频率彼此接近时，根据泵浦强度，发生部分注入锁定、注入拉动和完全注入锁定到驱动频率的一半。此外，卫星共振，对称地偏离信号和闲置的拍音，观察到这可以归因于在高度非线性的机械振荡的简并四波混频。
2016-12-23 cond-mat.mes-hall
Controlling the Characteristics of Nanomechanical Resonators
研究了由低频和高频信号驱动的纳米机械谐振器的动力学。考虑到，作为一个例子，共振器制成的双箝位梁与磁动驱动，它示出了三个频率的谐振出现由于上述频率的相互作用。这些谐振的性质和特性的线性和非线性模式的谐振器激励的分析确定。结果表明，在相反的传统的双频谐振，这些谐振的中心频率，它们的线性动态范围，和双稳态开始的临界值很容易通过改变低频驱动电流的频率和幅度来控制。所获得的结果可用于开发传感器、滤波器、存储元件和其他应用的NMR。
2016-03-05 cond-mat.mes-hall
Measuring frequency fluctuations in nonlinear nanomechanical resonators
近年来，纳米力学的进展已经证明了器件范围的不断扩大，从自上而下的结构到吸引人的自下而上的MoS $_2$和石墨烯膜，用于传感和面向组件的应用。所有这些器件的主要问题之一是频率噪声，这最终限制了它们的适用性。这个问题最近引起了很多关注，这种噪音的起源至今仍然难以捉摸。在这封信中，我们提出了一个非常简单的技术来测量非线性机械设备中的频率噪声，基于双稳态的存在。这是说明氮化硅高应力双固支梁，在低温环境中。我们报告相同的$T/f$依赖的频率噪声功率谱的文献中报道的。但我们也发现了意想不到的{ \it阻尼波动}，放大的分叉点附近，这种效果是明显不同于已经报道的非线性失相，并提出了一个基本的限制分叉频率的测量。该技术进一步应用于测量频率噪声作为模式数的函数，在同一设备内。基本弯曲$δf/f_0$的相对频率噪声在$0.5 - 0.01~$ ppm范围内（与低温MHz器件的文献一致），并随研究范围内的模式数而减小。该技术可以应用于{ \it任何类型}的纳米机械结构，使这些设备中的固有噪声源的理解的进展。
2018-06-08 cond-mat.mes-hall
Dispersive mode coupling in $p$-doped semiconductor nanomechanical resonators
Department of Physics and Astronomy, Michigan State University（密歇根州立大学物理与天文系）
本文发现p型掺杂可大幅增强不同频率振动模式间的色散耦合，且耦合参数随非线性阶数增加，掺杂诱导的耦合在中等掺杂下即远超本征耦合，并应用于Si谐振器实现温度补偿。
2026-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Multistability and Noise-Induced Transitions in Dispersively-Coupled Nonlinear Nanomechanical Modes
研究含噪纳米机械梁中两个 Duffing 双稳态模式的色散耦合，通过双频扫描揭示四稳态区、五条类共存曲线及两个三态点。
2025-08-29 cond-mat.mes-hall nlin.CD physics.app-ph
Model of response spectrum and modal interaction in coupled nanomechanical resonators
我们开发了一个简单的连续模型来分析纳米机械多元件结构的振动模式。在该模型中，亚微米悬臂梁阵列对称地位于中央夹持-夹持纳米梁的两侧被连续体所取代。在这种方法中，由悬臂施加在中心梁上的点状剪切力被平滑，结构的运动方程变得精确可解。我们的分析结果捕捉到的振动模式的主要特点，观察到的数值和实验。此外，使用微扰的方法来处理的非线性动力学的结构，我们建立了它的频率-振幅响应，并分析了两个特定的宽间隔模式的谐振器之间的非谐耦合的机制。
2008-02-28 cond-mat.mes-hall
Dynamic Interactions between Oscillating Cantilevers: Nanomechanical Modulation using Surface Forces
研究了两个振动微机械悬臂梁之间的动力学相互作用。在实验中，高频悬臂的尖端位于第二低频悬臂的表面附近。由于两个表面之间的高度非线性相互作用力，低频悬臂梁的热振荡调制高频悬臂梁的驱动振荡。的耗散和频率的两个杠杆被示出耦合，并提出了一个简单的模型的相互作用。这里研究的相互作用可能是有用的未来的微和纳米机电系统的机械信号处理的设计，他们也可以帮助实现耦合的非线性动力学实验的机械模式。
2013-09-10 cond-mat.mes-hall
Modal "self-coupling" as a sensitive probe for nanomechanical detection
我们提出了一种高灵敏度的测量技术的机械纳米谐振器。由于固有的非线性效应，纳米梁的不同弯曲模式可以耦合，同时驱动它们中的每一个共振。该模式耦合方案是色散的，并且一个模式谐振相对于另一个模式谐振的运动幅度偏移。同样的想法可以在{ \it single}模式上实现，用两个稍微失谐的信号激励它。这种双音方案在这里用于通过器件响应中的频移来测量一种模式的谐振线形。该方法作为一个振幅到频率的转换，最终只遭受相位噪声的本地振荡器使用和纳米机械设备本身。我们还提出了一个理论，再现的数据没有自由参数。
2015-11-23 cond-mat.mes-hall
Nanomechanical sensing using spins in diamond
纳米机械传感器和量子纳米传感器是两种快速发展的技术，在生物和化学分析以及显微镜中具有不同的跨学科应用。例如，基于纳米机电系统（NEMS）的纳米机械传感器已经证明了能够检测单个大分子（如蛋白质）的芯片级质谱。基于金刚石中带负电荷的氮空位（NV）中心的电子自旋的量子纳米传感器已经展示了纳米计量学的多种模式，包括单分子磁共振光谱。在这里，我们报告了以含有NV中心的金刚石纳米机械结构的形式将这两种互补技术结合起来的第一步。我们建立的原则，纳米机械传感器使用这样的纳米自旋机械传感器（NSMS），并评估其潜力的质谱和力显微镜。我们预测NSMS能够提供前所未有的细胞生物力学的AC力图像，不仅可以检测单个大分子的质量，还可以对其分布进行成像。当与NV中心的其他纳米计量模式相结合时，NSMS可能在纳米尺度上提供无与伦比的分析能力。
2017-04-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nanomechanical vibrational response from electrical mixing measurements
本文提出一种消除纯电学贡献的可靠方法，从电学混频测量中仅提取驱动机械振动，实现频谱响应与运动正交分量测量，并利用电学贡献直接确定有效质量，推动低维纳米机电谐振器研究。
2022-07-05 cond-mat.mes-hall
Spectral Evidence of Squeezing of a Weakly Damped Driven Nanomechanical Mode
由于时间平移对称性破缺，在周期性驱动的振动系统中，不同振动分量的波动具有不同的强度。其中一个分量的涨落经常被压缩，而另一个分量的涨落（相移π/2）则增加。挤压是一个多方面的现象，从高精度测量的角度来看，它吸引了很多关注。在这里，我们证明了一个新的和迄今为止未被欣赏的一面压缩：它的直接表现在受驱动的振动系统的频谱。利用弱阻尼纳米机械谐振器，研究了谐振驱动非线性模的热涨落谱。在所获得的边带分辨制度，我们表明，频谱的不对称性直接表征的压缩。这开辟了一种方法来推导压缩的热波动在强烈欠阻尼谐振器，其中一个直接确定的标准零差测量是由频率波动阻碍。实验结果与理论计算结果吻合得很好。我们进一步扩展的理论，也描述了压缩的量子涨落的光谱表现。
2020-06-25 cond-mat.mes-hall
Dissipation Dilution-Driven Topology Optimization for Maximizing the $Q$ Factor of Nanomechanical Resonators
本文提出一种拓扑优化方法，通过最大化预应力有限元模型中的耗散稀释效应来设计高$Q$因子二维纳米机械谐振器，在方形与六边形域内生成的几何结构性能与文献相当，并揭示了频率与品质因子的权衡关系。
2024-12-24 cond-mat.mes-hall cs.CE physics.comp-ph
