Electrically Tunable Collective Modes in a MEMS Resonator Array
利用光学衍射，我们研究了微机械谐振器阵列的机械振动。实施可调静电耦合之间的悬挂，双钳位金梁导致在这些设备内的集体振动模式的频带的形成。这些模式与耦合强度的演变清楚地表现在通过阵列传输的光的光学衍射图案中。实验结果进行了分析，使用一个简单的一维声子模型。这些结构为复杂机械刺激的光谱分析提供了独特的前景。
2000-08-15 cond-mat.mes-hall
Giant enhancement in the thermal responsivity of microelectromechanical resonators by internal mode coupling
我们报告了一个巨大的增强的热响应度的双钳位GaAs微机电（MEMS）梁谐振器通过使用内模耦合效应。这是通过将MEMS梁谐振器的基本弯曲模式与基本扭转模式通过立方Duffing非线性耦合来实现的。在模式耦合机制中，我们已经发现，当MEMS谐振器的输入热以特定频率调制时，由加热引起的谐振频率偏移可以增强几乎两个数量级。所观察到的效果是有希望实现高灵敏度的热传感，通过使用MEMS谐振器，如超灵敏的太赫兹检测在室温下。
2020-06-15 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Counter operation in nonlinear micro-electro-mechanical resonators
本文讨论了由耦合非线性微机电系统（MEMS）谐振器组成的多存储器的逻辑运算。当非线性响应出现时，MEMS谐振器表现出两种共存的稳定状态。先前的研究指出，微或纳米机电谐振器可以用作机械1位存储器或机械逻辑门。下一个阶段是多谐振器耦合逻辑系统的发展。从耦合MEMS谐振器中的非线性动力学的应用的角度来看，我们展示了作为2位二进制计数器的控制非线性行为的第一个实验成功。
2013-07-29 cond-mat.mes-hall
Pulse-width modulated oscillations in a nonlinear resonator under two-tone driving as a means for MEMS sensor readout
MEMS Duffing谐振器由两个相邻的频率音调驱动进入非线性状态。我们表明，如果两个音驱动器是在一个频率的非线性振荡器的一个谐振响应存在，那么系统的输出将调制的弛豫周期引起的两个解决方案之间的周期性跳跃的谐振响应的分支。虽然跳跃是由驱动器的拍频引起的，但是这种弛豫或滞后循环的存在和周期不仅由两个驱动音调之间的拍频决定，而且还由它们的振幅和相对于设备谐振频率的失谐决定。我们同样演示了如何通过在设备中增加张力来调整周期，以及如何将这些振荡用作MEMS传感器的灵敏脉宽调制（PWM）读出的手段。
2018-12-11 cond-mat.mes-hall
Generalized dissipation dilution in strained mechanical resonators
具有高品质因数的机械谐振器在精密实验中具有相关性，范围从引力波检测和力感测到量子光学力学。众所周知，梁和膜在受到拉应力时会表现出具有增强的品质因数的弯曲模式。这种增强的机制一直是一个争论的主题，但通常归因于弹性能被无损势“稀释”。在这里，我们澄清的起源是张力和应变的几何非线性的组合的无损潜力。我们提出了一个一般的理论耗散稀释，适用于任意的谐振器的几何形状，并讨论为什么这种效果是特别强的弯曲模式的纳米机械结构具有高的纵横比。将该理论应用于非均匀双固支梁，分析了如何通过改变梁的形状来实现“软固支”、薄固支和几何应变工程，从而提高耗散稀释度，并推导出耗散稀释度的极限。
2018-07-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Biosensing using Functionally Graded Piezoelectric MEMS Resonators
研究了双面静电驱动电容微梁的非线性动力学问题。压电致动导致沿着微梁的长度产生轴向力，并且这被用作调谐工具以改变微谐振器的主谐振。通过哈密顿量的极小化导出了控制运动方程，并将其推广到粘性阻尼系统。在主共振附近的周期解的检测和他们的稳定性进行了研究。确定了符合三个独立周期轨道的吸引域。结果表明，周期轨道的振幅越大，吸引子的面积越小。
2017-05-20 cond-mat.mes-hall
High quality factor single-crystal diamond mechanical resonators
单晶金刚石是一种很有前途的MEMS器件材料，因为它的机械损耗低，与极端环境的兼容性，以及与高质量自旋中心的内置界面。但它的使用在很大程度上受到加工和增长挑战的限制。我们展示了一种基于晶片键合的技术，以形成金刚石绝缘体，从我们使单晶金刚石微机械谐振器的机械品质因数高达338,000在室温下。可变温度测量到10 K揭示了非单调的品质因数对温度的依赖。这些谐振器能够将单晶金刚石集成到MEMS技术中，用于经典和量子应用。
2012-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
Role of dissipation dilution in achieving high mechanical quality factors in van der Waals resonators
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Walter Schottky Institute and Physics Department, Technical University of Munich（沃尔特·施科特基研究所与物理系，慕尼黑工业大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）
本研究针对范德华材料未利用耗散稀释提升机械品质因子的问题，采用无聚合物剥离技术制备单层MoS₂鼓，结合耗散稀释模型分析损耗机制，实现了4K下单层MoS₂鼓的高品质因子，证实耗散稀释是实现高机械品质因子的关键机制，为原子级薄谐振器用于量子传感等提供了平台。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultra-coherent nanomechanical resonators via soft clamping and dissipation dilution
纳米机械谐振器的小质量和高相干性使其成为最终的力探针，其应用范围从生物传感和磁共振力显微镜到量子光学力学。在这些实验中，一个臭名昭著的挑战是与通过内部或外部损耗通道耗散有关的热机械噪声。在这里，我们介绍了一种新的方法来定义纳米机械模式，它同时提供了强大的空间限制，从基板的完全隔离，和稀释的谐振器材料的固有耗散的五个数量级。它是基于一个声子带隙结构，本地化的模式，而不施加一个刚性钳的边界条件。高度张紧的氮化硅谐振器中的减小的曲率使得能够在$ 1 \,\mathrm{MHz}$下实现机械$Q>10^{8}$，从而产生在室温下尚未报道的最高机械$Qf$ -产物（$>10^{14}\,\mathrm{Hz}$）。相应的相干时间接近那些光学捕获的电介质粒子。外推到$4{.}2$ Kelvin预测了$\sim$量子/ms加热速率，类似于捕获的离子。
2016-08-02 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
1/f frequency-noise reduction in nanomechanical resonators by dissipation dilution
Institute of Sensor and Actuator Systems, TU Wien（传感器与执行器系统研究所，维也纳工业大学）
本研究揭示纳米机械谐振器1/f频率噪声基底源于张力热噪声，通过耗散稀释可降低该基底，其最长有效积分时间由预应力、体积、温度及本征损耗角决定。
2026-10-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
High-$Q$ membrane resonators using ultra-high-stress crystalline TiN films
Komaba Institute for Science (KIS), The University of Tokyo（东京大学绪方理工学研究所）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所量子计算中心）；IBM Quantum, IBM Research - Tokyo（IBM量子，IBM研究-东京）；Advanced ICT Research Institute, National Institute of Information and Communications Technology（信息通信技术研究所高级ICT研究所）；Inamori Research Institute for Science (InaRIS)（稻盛理工学研究所）
本文通过超高压应力结晶性TiN薄膜制造出高Q因子膜谐振器，实现了高Q因子和高张应力的结合，为光学和电磁机械系统提供高损耗稀释的机械谐振器。
2025-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical microscope and tapered fiber coupling apparatus for a dilution refrigerator
我们已经开发了一个系统，用于稀释制冷机内的光机械谐振器的锥形光纤测量，这是与片上和片外器件兼容。我们的设备具有锥形谐振器耦合条件的全三维控制功能，可实现临界耦合，整体光纤传输效率高达70%。值得注意的是，我们的设计结合了一个光学显微镜系统，该系统由37，000根光纤的相干束组成，用于以$\sim$ 1 $μ$ m的分辨率对实验进行实时成像。我们提出了低温光学和光学机械测量耦合到锥形光纤的谐振器在温度低至9 mK。
2014-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.optics
Clamp-tapering increases the quality factor of stressed nanobeams
已知受应力的纳米机械谐振器由于应力对本征耗散的稀释而具有异常高的品质因数（$Q$）。典型地，耗散稀释的量以及因此谐振器$Q$受到钳位附近的高模式曲率区域的限制。在这里，我们研究的效果上的$Q$纳米梁制成的高应力$\mathrm{Si_3N_4}$夹具的几何形状。我们发现，锥形束附近的夹具-和局部增加的应力-导致增加$Q$的MHz频率的低阶模式，由于增强耗散稀释。相反，最近的研究拴系膜谐振器，我们发现，扩大夹具导致降低$Q$，尽管在梁体的应力增加。与最近开发的“软箝位”技术相比，锥形箝位方法具有实际优势。锥形箝位增强了基模的$Q$，并且可以在不增加器件尺寸的情况下实现。
2019-02-28 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Comb-drive MEMS Oscillators for Low Temperature Experiments
我们设计并表征了用于低温应用的微机电系统（MEMS）。机械谐振器的制造使用表面微机械加工工艺。该器械由一对具有明确间隙的平行板组成。顶板可以通过一组梳状驱动电极被致动以相对于底部固定板进行剪切运动。详细的操作和制造的设备进行了讨论。几何形状的选择，以研究夹带在间隙中的流体的传输特性。原子力显微镜（AFM）的研究进行，以表征表面。在空气中和在室温下的共振特性的一个完整的表征进行作为一个函数的压力，从10毫托至760托，范围从一个高度稀薄的气体的流体动力学制度。我们演示了我们的谐振器在低温下浸没在超流4He和正常和超流状态的3He下降到0.3 mK的操作。这些MEMS振荡器显示出在广泛的低温实验中使用的潜力，特别是探测量子流体中的新现象。
2013-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Programmable Mechanical Resonances in MEMS by Localized Joule Heating of Phase Change Materials
报道了一种基于VO 2薄膜的可编程微机械谐振器。多个机械本征频率状态的编程使用焦耳加热作为本地电源，逐渐驱动相变的VO 2周围的金属-绝缘体转变温度。畴的相共存用于通过局部控制内应力和机械性能来调整器件的刚度。这项研究为开发机械可配置的纳米结构阵列开辟了前景。
2017-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Measurement of nonlinear piezoelectric coefficients using a micromechanical resonator
我们描述并证明了一种方法，通过该方法可以测量的压电材料的非线性压电性能，通过检测的力，它施加在一个悬浮的微机械谐振器在其机械共振频率。谐振器被用于无数的应用中;这种方法可以提供一种更好地表征真实MEMS器件中材料行为的方法。此外，可以设计特殊的设备来探测具有增强的信号大小的特定频率下的这种非线性行为。用于该实验的谐振器使用1- $μ$ m厚的氮化铝层致动。当以大振幅驱动时，压电层产生谐波，其在谐振器的响应中是可测量的。在本实验中，我们测量了氮化铝的二阶压电系数为$-(23.1\pm14.1)\times10^{-22}\ \mathrm{m/V^2}$。
2018-05-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Contribution of Acoustic Losses in the Quality Factor of a Micromechanical Resonator
对微机械（MEMS）环形谐振器的各种横向振动模式的声辐射损失进行了半解析研究。这种谐振器的品质因数Q在许多应用中是令人感兴趣的，并且取决于结构几何形状、与外部环境的相互作用以及封装方法。具有至少一个暴露于空气的表面的谐振器可以通过声辐射显示损耗，即使在微米尺寸下。已发表的实验结果表明，MEMS鼓谐振器的Q值中的声学损失占主导地位。在这项研究中，一个完善的数学技术来分析模型谐振器的振动模式和流体-结构相互作用的使用，和一个半分析程序计算Q由于声辐射损失，Qac，在任何振动模式概述。目前的技术包括计算精确的模态振型及其在计算Qac中的利用。计算了Qac对前15阶振型的依赖性。结果进行了比较，为最低的2个模式的固体圆形谐振器使用确切的模式形状的兰姆的近似模式形状。与已发表的实验结果相比，验证了该技术的预测效用，特别是对于声辐射似乎是Q的主要成分的较高模式。
2012-06-01 cond-mat.mes-hall physics.flu-dyn
Nonlinear coupling of phononic resonators induced by surface acoustic waves
对混合物理平台的需求不断增长，引发了人们对开发具有复杂功能的敏捷射频声子电路的新兴趣。行波与共振机械元件的组合似乎是一种利用弹性振动的吸引人的手段。在这项工作中，我们表明，这种组合可以进一步丰富的弹性非线性引起的表面声波（SAW）与一对其他线性微米级机械谐振器相互作用的发生。减小谐振器间隙距离和增加SAW振幅导致谐振器对响应的频率软化，其位于几何Duffing非线性的通常图像之外。SAW激励方案的动力学允许进一步控制谐振器运动，特别是导致圆偏振状态。这些结果为适应经典和量子技术的多功能高频声子MEMS/NEMS电路铺平了道路。
2021-07-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Nanomechanical crystalline AlN resonators with high quality factors for quantum optoelectromechanics
本研究利用拉伸应变AlN薄膜实现高Q值纳米机械谐振器，通过耗散稀释和应变工程达到Qf乘积接近10^13 Hz，并设计triangline几何结构实现高效光耦合，为室温量子光电机械器件奠定基础。
2024-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nanomechanical vibrating wire resonator for phonon spectroscopy in Helium
我们演示了如何建立一个振动弦共振器的声子激发液氦。谐振器被设计为一个纳米级的机械柔性梁加工出的半导体/金属混合。图中显示了在4.2 K时液态^4He中声子激发导致的100 MHz附近机械共振的猝灭。第一次测量工作的纳米谐振器在稀释的^3He/^4He在30 mK。
1999-12-02 cond-mat.mes-hall
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
Nanoscale torsional dissipation dilution for quantum experiments and precision measurement
我们表明，扭转谐振器可以经历大量的耗散稀释由于纳米级的应变，并提请连接到一个世纪的理论从扭秤社区，这表明一个简单的扭转带自然软夹持。通过颠覆纳米力学界普遍持有的信念，我们的研究结果引发了对量子实验和纳米机械谐振器精密测量策略的重新思考。例如，我们重新审视了用于监测位移的光杠杆技术，并发现应变纳米梁的旋转可以用小于其基本扭转模式的零点运动的不精确度来解决，而无需使用腔或干涉稳定性。我们还发现，一个应变扭转带可以质量加载，而不改变其$Q$因子。我们使用这种策略来设计一个芯片级的扭秤，其谐振频率对局部引力场的微$g$波动敏感。实现这两个进步是制造具有$10^4$的宽度与厚度比的高应力Si $_3$ N $_4$纳米梁，并且认识到它们的扭转模式具有$Q$因子，其缩放为它们的宽度与厚度比的平方，产生与$10^8$一样高的$Q$因子和与$10^{13}$ Hz一样高的$Q$频率产物。
2021-12-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Thickness dependence of the mechanical properties of piezoelectric high-$Q_m$ nanomechanical resonators made from aluminium nitride
本研究表征不同厚度的张应变AlN压电薄膜，制备利用耗散稀释提升品质因子的纳米机械谐振器，发现200 nm以下厚度器件的$Q_f$乘积达$10^{12}$ Hz量级，为相关光电器件发展提供支撑。
2025-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Detection of MEMS Acoustics via Scanning Tunneling Microscopy
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
利用STM探针作为驱动器和探测器，实现极低温下高精度MEMS声学特性测量，为量子级读取和精密力学测量提供新方法。
2026-01-07 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Strained crystalline nanomechanical resonators with ultralow dissipation
在应变机械谐振器中，拉伸应力和几何非线性的同时发生显著地降低了损耗。这种现象，耗散稀释，采用在镜面悬浮的引力波干涉仪和在纳米级，其中软夹持和应变工程允许极高的品质因数。然而，这些技术迄今为止仅应用于非晶材料，特别是氮化硅。晶体材料在低温下表现出显著较低的固有阻尼，这是由于在本体中不存在两级系统，如在韦伯棒和硅光机械腔中所利用的。因此，将耗散稀释工程应用于应变晶体材料可以实现极低损耗的纳米机械谐振器，这是由于降低的内部摩擦、高固有应变和高屈服强度的组合。开创性的工作尚未充分利用这一潜力。在这里，我们证明了单晶应变硅，高迁移率晶体管的材料开发，可以用来实现超低损耗的机械谐振器。我们观察到，高纵横比（$>10^5$）应变硅纳米串支持MHz的机械模式，品质因数超过$10^{10}$在7 K，10倍的改善，在氮化硅中报告的值。在7 K时，热噪声限制力灵敏度约为$45\ \mathrm{{zN}/{\sqrt{Hz}}}$ -接近碳纳米管的灵敏度-加热速率仅为每秒60量子。我们的纳米机械谐振器表现出比最原始的宏观振荡器更低的耗散，并且它们的低质量使它们特别有希望用于量子传感和转导。
2021-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Fractal-like mechanical resonators with soft-clamped fundamental mode
自相似结构自然发生，并已被用于工程奇异的物理特性。在这里，我们表明，声学模式的分形系统的张弦可以显示增加的机械品质因数由于耗散稀释的增强。我们描述了一个现实的谐振器的设计，其中的基本模式的品质因数的增强多达两个数量级相比，一个简单的字符串具有相同的大小和张力。我们的研究结果可以在力传感，腔量子光学力学和悬浮测试质量的实验开辟新的途径。
2019-12-16 cond-mat.mes-hall
Vibration isolation with high thermal conductance for a cryogen-free dilution refrigerator
我们提出了一种机械低通滤波器隔振的设计和实施，用于减少在10 mK的无冷冻剂稀释制冷机，用于扫描探针技术的振动噪声。我们讨论的设计准则，以满足竞争的要求，具有低的机械刚度结合高的热导率。我们通过测量位于SQUID上方的超软机械谐振器的振动噪声水平来证明我们方法的有效性。从8 mK的低温恒温器基础温度开始，振动隔离可以被冷却到10.5 mK，在100 mK时冷却功率为113 $μ$ W。我们使用低振动和低温来证明小于20 mK的有效悬臂温度。这导致小于500 zN/ $\sqrt{\mathrm{Hz}}$的力灵敏度，以及在1 Hz测量带宽中低至0.4 mHz的积分频率噪声。
2018-10-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
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
Engineering electron-phonon coupling of quantum defects to a semi-confocal acoustic resonator
基于金刚石的微机电系统（MEMS）实现了氮空位（NV）中心的量子态与机械谐振器的声子模式之间的直接耦合。一个示例，金刚石高泛音体声波谐振器（HBAR），以集成压电换能器为特征，并且支持GHz频率范围内的高品质因数谐振模式。声学模式允许机械操纵深嵌入的NV中心，具有长的自旋和轨道相干时间。不幸的是，自旋-声子耦合速率受到大的谐振器尺寸$>100~μ$ m的限制，因此强耦合的NV电子-声子相互作用在当前的金刚石BAR器件中仍然遥不可及。在这里，我们报告了半共焦HBAR（SCHBAR）设备的设计和制造的金刚石（碳化硅）与$f\cdot Q>10^{12}$（$>10^{13}$）。半共焦几何结构限制了声子模横向低于10~ $μ$ m。这种模态体积的急剧减少增强了缺陷中心的电子-声子耦合。对于金刚石器件内部的原生NV中心，我们证明了机械驱动的自旋跃迁，并显示出高的应变驱动效率与拉比频率为$(2π)2.19(14)$ ~MHz/V $_{p}$，这是一个典型的微波天线在相同的微波功率。
2019-06-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Low-temperature tunable radio-frequency resonator for sensitive dispersive readout of nanoelectronic devices
我们提出了一个敏感的，可调的射频谐振器设计用于检测反应性变化的纳米电子器件稀释冰箱温度。谐振器采用GaAs变容二极管，以允许谐振频率的电调谐和与输入线的耦合。我们发现在55 mK时谐振频率调谐范围为8.4 MHz，在1.5 K时增加到29 MHz。为了评估不同调谐条件对性能的影响，我们将硅纳米线场效应晶体管中的量子点连接到谐振器，并测量由循环电子隧穿引起的器件电容的变化。在250 mK，我们得到了等效的电荷灵敏度为$43~μe / \sqrt{\text{Hz}}$时，谐振器和线阻抗匹配，并表明，这种灵敏度可以进一步提高到$31~μe / \sqrt{\text{Hz}}$通过重新调整谐振器。我们理解这种改进，通过使用等效电路模型，并证明，对于电容变化的最大灵敏度，除了阻抗匹配，一个高品质的谐振器，低寄生电容是理想的。
2019-03-27 cond-mat.mes-hall
Ultra-coherent nanomechanical resonators based on inverse design
具有超低耗散的工程微机械和纳米机械谐振器构成了从磁共振力显微镜等高精度传感到不同量子系统之间的量子转换等应用的理想系统。传统上，谐振器性能的改善-通常由其Qf乘积（其中Q是品质因数，f是频率）量化-通过纳米机械工程（例如耗散稀释和应变工程），由人类直觉和洞察力驱动。这种方法效率低下，并且留下了大量未开发的机械设计，这些设计可能会实现更好的性能。在这里，我们使用一种计算机辅助的逆设计方法，称为拓扑优化结构设计的机械谐振器的基本机械模式的最佳性能。使用这种方法的结果，我们制造和表征超相干纳米机械谐振器具有创纪录的高Qf产品，进入量子相干制度，在室温下观察到相干振荡。对描述机械系统的模型的进一步改进可能会进一步提高Qf乘积。所提出的方法-也可用于改善声子晶体和耦合模谐振器-为设计用于尖端技术的超相干微米和纳米机械谐振器开辟了一个新的范例，例如基础物理学中的新颖实验。（例如寻找暗物质和引力的量子性质）和对磁场的极端感测，电场和质量在室温下具有前所未有的灵敏度。
2021-03-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Determination of the intrinsic mechanical quality factor in high-stress silicon nitride resonators
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Quantum Center, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院量子中心）；TU Wien（维也纳工业大学）
提出一种结合自动模式识别与系统振铃测量的方法，可靠量化高应力氮化硅谐振器的内在品质因数，并发现其随厚度变化的系统依赖性，建立包含厚度相关损耗通道的现象学模型。
2026-06-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Superconducting cavity-electromechanics on silicon-on-insulator
开发了涉及无水氢氟酸气相蚀刻的制造工艺，以在由绝缘体上硅晶片形成的独立式硅膜上产生高$Q$铝超导微波谐振器。使用该制造工艺，高阻抗$8.9$ GHz线圈谐振器以大参与比电容耦合到$9.7$ MHz微机械谐振器。双音微波光谱和辐射压力反作用被用来表征耦合系统中的稀释制冷机的温度下的$T_f = 11$ ~mK，产生测量的机电真空耦合率的$g_{0}/2π\approx 24.6$ ~Hz和机械谐振器$Q$ -因子的$Q_{m}=1.7\times 10^7$。微波反作用冷却的机械谐振器进行了研究，与最小的声子占据的$n_{m} \approx 16$声子被实现在升高的冰箱温度为$T_f = 211$ ~mK。
2016-01-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nanomechanical Dissipation and Strain Engineering
纳米机械谐振器在从生物化学传感器到移动通信、量子计算、惯性传感和精确导航的各种技术中具有应用。机械共振的品质因数对于许多应用是关键的。直到最近，机械品质因数很少超过一百万。然而，在过去的几年里，已经开发了新的方法来超越这一界限。这些方法涉及纳米机械谐振器的结构的仔细工程设计，包括使用声学带隙和嵌套结构来抑制耗散到衬底中，以及使用耗散稀释和应变工程来增加机械频率并抑制固有耗散。它们一起使品质因数在室温下达到近十亿的值，从而导致异常低的耗散。这篇评论的目的是提供一个教学介绍这些新方法，主要针对读者谁是新的领域，连同现有的国家的最先进的概述，什么可能在未来，并对这些极高品质的谐振器的未来应用的角度。
2021-06-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Noncontact friction in ultracoherent nanomechanical resonators near dielectric materials
本文发现超相干纳米机械谐振器在靠近介电材料时，会因谐振器携带静电荷运动引发介电损耗而产生非接触摩擦，导致机械相干性下降，揭示了系统集成中的关键限制。
2025-09-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Interfacing planar superconducting qubits with high overtone bulk acoustic phonons
机械谐振器是一种很有前途的量子位接口，以实现混合量子系统，提供了很大的应用可能性。机械系统可以具有非常长的能量寿命，并且它们可以进一步与其他系统连接。此外，机械振子与量子比特的集成为探索宏观力学自由度的量子物理提供了一个潜在的平台。利用高泛音体声波谐振器耦合到超导量子比特是一个有趣的平台，实现这些目标。这些谐振器表现出高频和高品质因数的组合。它们可以在稀释制冷温度下达到它们的量子基态，并且它们可以通过它们的压电效应与超导量子比特强耦合。在这份报告中，我们展示了我们的系统，其中高泛音谐振器的体声波声子耦合到平面电路结构中的transmon量子比特。我们表明，体声波声子相互作用的量子位在量子水平上的简单的设计架构，代表进一步的进展，对量子控制的机械运动。
2018-02-19 cond-mat.mes-hall
Strain engineering for ultra-coherent nanomechanical oscillators
弹性应变工程利用应力来实现不寻常的材料特性。例如，应变可以用来增强半导体的电子迁移率，从而实现更高效的太阳能电池和更小、更快的晶体管。在纳米力学的背景下，追求具有超高相干性的谐振器导致了对互补应变工程技术“耗散稀释”的深入研究，从而有效地增加了材料的刚度而没有增加损耗。耗散稀释是已知的Si $_3$ N $_4$纳米机械谐振器，包括最近开发的“软箝位”谐振器的极高Q因子的基础;然而，迄今为止，该范例依赖于材料合成过程中产生的弱应变。相比之下，几何应变工程技术的使用-能够产生接近材料屈服强度的局部应力-仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们表明，几何应变结合软箝位可以产生前所未有的高Q纳米机械谐振器。具体而言，使用空间上不均匀的声子晶体图案，我们共定位的应变和弯曲运动的Si $_3$ N $_4$纳米梁，同时增加前者附近的屈服强度。这种组合策略产生弦状模式，室温Q $\times$频率产品接近$10^{15}$ Hz，对于任何尺寸的机械振荡器都是前所未有的值。我们研究的器件可以具有aN/rtHz的力灵敏度，在室温下执行数百次量子相干振荡，并且在射频下达到Q > 4亿。这些结果标志着纳米力学耗散控制的范式转变，影响范围从精密力显微镜到量子引力测试。将报道的方法与晶体或2D材料相结合可能会导致进一步的改进，但仍有未知的局限性。
2017-11-16 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nanomechanical resonators with ultra-high-$Q$ perimeter modes
具有低机械耗散的系统广泛用于精密测量，例如引力波检测、原子力显微镜和经由光和机电的机械振荡器的量子控制。这些系统的机械品质因子（$Q$）决定了热机械力噪声和机械量子态的热退相干率。虽然耗散率通常由材料的体声波性质设定，但通过利用耗散稀释，机械$Q$可通过几何结构进行设计并增加许多数量级。最近，结合应变工程的软箝位技术使毫米级谐振器的室温品质因数接近十亿（$10^9$）。在这里，我们展示了一种新的方法来软箝位，利用振动的周边的形谐振器拴在他们的顶点。与依赖于级联元件来实现软箝位的先前方法相比，周界模式由于对称性和多边形顶点处的边界条件而被软箝位。周长模式在室温下达到36亿的$Q$，同时仅跨越两个声波波长-比最先进的机械$Q$小10倍的设备提高了4倍。我们的设备的小尺寸使它们非常适合于近场集成与微腔量子光学机械实验。此外，它们的紧凑性允许声子晶格的实现。我们证明了一个一维的Su-Schrieffer-Heeger链的高$Q$周边模式耦合通过最近邻相互作用和本地化的边缘模式的特点。
2021-12-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Ultrahigh-Q Torsional Nanomechanics through Bayesian Optimization
本文利用贝叶斯优化设计应变Si₃N₄纳米带的基阶扭转模式耗散稀释，在室温下实现Q因子超1亿和Q-频率乘积超10¹³ Hz，并展示其优异的扭矩灵敏度与质量加载鲁棒性，适用于弱力传感。
2025-06-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Dissipation engineering of high-stress silicon nitride nanobeams
高应力Si $_3$ N $_4$纳米谐振器已经成为电和光机械器件的有吸引力的选择。膜谐振器可以实现超过$10^{13}$ Hz的品质因数（$Q$）-频率（$f$）乘积，从而（原则上）实现室温下的量子相干操作。弦状梁谐振器通常具有小10倍的$Q\cdot f$产品;然而，由于其大得多的$Q$质量比和降低的模式密度，它们仍然是精确力、质量和电荷感测的典型选择，并且最近在低温下实现了海森堡限制位置测量。在这里，我们探讨两种技术，以提高$Q$ -因素的纳米机械梁。该技术涉及两种主要损耗机制：内部损耗，其在大纵横比和$f\lesssim100$ MHz下占主导地位;以及辐射损耗，其在小纵横比和$f\gtrsim100$ MHz下占主导地位。首先，我们表明，通过在一维声子晶体中嵌入纳米梁，可以使其弯曲运动局部化并屏蔽辐射损失。利用这种方法，我们实现了具有$Q\sim 10^4$的$f>100$ MHz模式，与内部损耗一致，并与类似尺寸的未屏蔽光束形成鲜明对比。然后，我们研究了毫米长的纳米梁的高阶模式的$Q\cdot f$产品。利用应力引起的“损耗-稀释”的模式形状依赖性，我们实现了具有$Q\cdot f\approx9\cdot 10^{12}$ Hz的$f\approx 4$ MHz模式。我们的结果可以将室温量子相干操作推广到超低质量一维纳米机械振荡器。
2016-03-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
High-Stress Si3N4 Reflective Membranes Monolithically Integrated with Cavity Bragg Mirrors
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本研究提出了一种高应力Si3N4反射膜与腔体布拉格镜单片集成方法，实现了高Q因子的光力学器件，适用于精密传感和量子光子学。
2026-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
