Probing mechanical quantum coherence with an ultracold-atom probe
我们提出了一个基于纳米悬臂梁与旋量玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）的磁耦合（由磁尖介导）来探测纳米悬臂梁状态下的量子相干性的方案.通过将BEC映射到转子中，它与悬臂的耦合导致陀螺运动，其性质取决于悬臂的状态：转子角动量的一个分量的动力学与悬臂状态中的量子相干性的存在严格相关。我们还建议一个检测方案依赖于法拉第旋转，它只产生一个非常小的反作用的BEC，因此它是适合于连续检测悬臂梁的动态。
2011-12-19 cond-mat.quant-gas quant-ph
Classical dynamical localization in a strongly driven two-mode mechanical system
本文报道在一个由两个耦合悬臂梁组成的强驱动双模光机系统中实现了动态局域化。由于耦合，机械振荡可以在杠杆之间传输。然而，通过将其中一个杠杆放置在谐波振荡的光阱中，我们证明了机械振荡变得紧密地束缚在孤立的杠杆上，而不是在特定的驱动参数下传播。利用动力学局域化效应在双模力学系统中诱导了导体到绝缘体的相变，这为进一步相干控制基于耦合机械谐振器的晶格中的输运现象开辟了新的可能性.
2017-06-20 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Enhanced strain coupling of nitrogen vacancy spins to nanoscale diamond cantilevers
在金刚石机械谐振器中，氮空位（NV）中心可以通过晶格应变对其能级的影响与受限声子耦合。进入这个系统的强自旋-声子耦合制度需要纳米尺度的谐振器，以克服NV基态自旋子能级的弱应变响应。在这项工作中，我们研究了纳米粒子在金刚石悬臂梁的横向尺寸为几百纳米。NV基态自旋与机械模式的耦合在电子自旋共振（ESR）中检测到，并且其时间动力学通过自旋回波测量。我们的小机械模式体积导致自旋-声子耦合强度比以前的NV-应变耦合演示增强10- 100倍。这是迈向强自旋-声子耦合的重要一步，其可以实现声子介导的量子信息处理和量子精密测量。
2015-11-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Feedback-enhanced parametric squeezing of mechanical motion
我们提出了一个单正交反馈方案，能够克服传统的3 dB的限制参数压缩。实验证明，该方法在微机械系统的基础上的悬臂与磁尖。悬臂梁在低温下由SQUID磁强计检测，而参数泵浦是通过以两倍于悬臂梁频率调制磁场梯度来获得的。观察到的最大压缩11.5 dB和11.3 dB，分别在一个正弦测试信号和热机械噪声的响应。最大压缩因子仅受最大可实现的参数调制的限制。所提出的技术可以用来挤压一个正交的机械谐振器低于量子噪声水平，甚至不需要量子限制检测器。
2013-09-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
The second order magnetic field gradient induced strong coupling between nitrogen-vacancy centers and a mechanical oscillator
我们考虑一个由金刚石制成的悬臂梁机械振荡器。在悬臂梁的末端有一个氮空位（NV）中心。两个磁性尖端在NV中心附近产生强的二阶磁场梯度。在MO的相干驱动下，我们发现MO和NV中心之间的耦合可以大大增强。我们研究了如何在MO和NV中心之间实现量子态转移，并在它们之间产生纠缠。我们还提出了一个方案，通过将不同的MO模耦合到同一个NV中心来产生双模压缩。采用现有的实验参数，数值计算了MO和NV心的退相干和耗散效应。结果表明，该方法可以实现高保真度的量子态传输、纠缠产生和大的双模压缩。
2016-10-31 quant-ph
Upper bounds on spontaneous wave-function collapse models using millikelvin-cooled nanocantilevers
坍缩模型预测，由于波函数的自发坍缩，能量守恒会发生微小的破坏。该属性允许设置其参数的实验界限。我们考虑一个超软的磁性纳米antilever冷却到毫开尔文温度。悬臂梁基模的热噪声已被准确地估计在范围$0.03-1$ K，和任何其他多余的噪声被发现是可以忽略不计的实验不确定性。从测量的数据和悬臂梁的几何形状，我们估计上的连续自发局域化（CSL）崩溃率在很宽的范围内的相关长度$r_C$。我们的上限显着改善以前的限制$r_C>10^{-6}$ m，并部分排除了阿德勒建议的增强崩溃率。我们讨论未来的改进。
2015-10-20 quant-ph
Magnetic cooling and vibration isolation of a sub-kHz mechanical resonator
本研究利用绝热核去磁技术在干式稀释制冷机中将硅悬臂力传感器冷却至约1 mK并实现低振动隔离，品质因子在2 mK时达约4·10^4，为探索连续自发局域化模型的新参数空间奠定基础。
2023-02-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Direct measurements of the extraordinary optical momentum and transverse spin-dependent force using a nano-cantilever
自从开普勒观测到彗星的尾巴是远离太阳的，辐射压力刺激了电磁学，量子物理学和相对论的显着发现[1，2]。这种现象在各种系统中起着至关重要的作用，从原子[3-5]到天文[6]尺度。光的压力与光子的动量有关，通常假设光动量和辐射压力都与光的传播自然对齐，即，它的波矢量在这里，我们报告了一个非常的光学动量和力的直接观察垂直于波矢量，并成比例的光学自旋（即，圆偏振度）。这种光学力最近被预测为倏逝波[7]和其他结构场[8]。它可以与坡印廷矢量中神秘的“自旋动量”部分联系在一起，这是贝林凡特在75年前的场论中引入的[9-11]。我们测量这种不寻常的横向动量使用纳米悬臂能够毫微微牛顿分辨率，这是沉浸在全内反射玻璃表面上方的倏逝光场。此外，我们测量的横向力表现出另一个偏振依赖的贡献所确定的复坡印廷矢量的虚部。通过揭示结构场中的新型光学力，我们的实验结果重新审视了光的基本动量性质，并为光学力学带来了新的转折。
2016-08-12 physics.optics quant-ph
Novel Fabrication of Micromechanical Oscillators with Nanoscale Sensitivity at Room Temperature
我们报告超灵敏微机械振荡器的设计，制造和实施。我们的具有集成磁性结构的单晶硅悬臂梁是同类产品中的第一款：它们采用新型高产量工艺制造，其中磁性薄膜图案化和沉积与悬臂梁制造相结合。这些新的设备已被开发用于悬臂式磁强计和核磁共振力显微镜（MRFM）的力传感器。这两个应用程序已经实现了纳米级的分辨率使用本工作中描述的杠杆。当用作磁力计时，该器件实现的电流磁矩灵敏度在室温下为10^{-15} J/T，与传统磁力计相比，灵敏度提高了1000倍以上。目前MRFM悬臂梁的室温力灵敏度在1 Hz带宽内为~10^{-16} N，这与其类型的类似装置的室温灵敏度相当。有限元建模用于改进设计参数，确保装置满足实验要求，并将模态形状与观测结果相关联。优化了MEMS制造工艺，平均产率约为85%，取向优于1000 nm。当需要纳米尺度尺寸时，使用制造后聚焦离子束铣削来进一步图案化集成磁性结构。
2006-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Ultra-cold mechanical resonators coupled to atoms in an optical lattice
我们提出了一个实验，利用冷却微悬臂梁阵列与捕获在微加工表面附近的超冷原子样本耦合。该方法允许对原子状态进行控制和读出，并可能用于光晶格量子计算方案。假设共振器可以被冷却到它们的振动基态，描述了一个具有原子内态和共振器运动态的双量子比特受控非门的实现。我们还考虑了一个协议，纠缠两个或两个以上的杠杆原子芯片上的不同的共振频率，使用被困原子作为中介。虽然类似的实验可以用磁性微芯片陷阱进行，但我们考虑的光学限制方案可能会降低近场磁噪声和退相干。展望了该系统在宏观尺度量子力学测试和量子信息处理中的应用前景。
2009-06-25 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Mechanical photoluminescence excitation spectra of a strongly driven spin-mechanical system
实验研究了NV中心与金刚石悬臂耦合的自旋-机械系统，发现强机械驱动下其光致发光激发光谱出现对应悬臂转折点的双锐峰，且对微小机械失谐的敏感性极大增强，为质量传感等机械传感提供了有效机制。
2023-04-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultrasensitive measurement of MEMS cantilever displacement sensitivity below the shot noise limit
微机电系统（MEMS）杠杆的位移用于测量从力显微镜到生化传感器再到热成像系统的各种设备中的各种现象。我们演示了第一次直接测量的MEMS悬臂位移的噪声地板在40%的散粒噪声限制（SNL）。通过将多空间模式量子光源与简单的差分测量相结合，我们表明，与以前的努力相比，亚SNL MEMS位移灵敏度是非常容易获得的，这些努力测量了具有非常独特的空间结构的宏观镜的位移，这些空间结构由多个光学参量放大器和锁定环制成。这些结果支持一类新的量子MEMS传感器，其最终信噪比由量子相关性决定，从而实现超痕量传感、成像和显微镜应用，其中信号先前被散粒噪声遮蔽。
2015-06-29 physics.optics quant-ph
Back-action evasion and squeezing of a mechanical resonator using a cavity detector
本文研究了利用参变耦合电磁腔对悬臂梁的量子测量。该方案最初是由于Braginsky等人[V.Braginsky，Y. I. Vorontsov和K. P.Thorne，Science 209，547（1980）]，允许悬臂运动的一个正交的反作用自由测量，并且因此有可能产生压缩状态。我们提出了一个完整的量子理论，这个系统，并推导出简单的条件时，量子限制的附加噪声可以被超越。我们还研究了测量的条件动力学，并讨论了如何这样的计划（与反馈耦合时）可以用来产生和检测压缩态的振荡器。我们的研究结果是相关的光学力学实验，并在量子力学实验中采用带状线谐振器耦合到机械谐振器。
2008-02-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Intrinsic noise of a micro-mechanical displacement detector based on the radio-frequency single-electron transistor
研究了基于射频单电子晶体管（rf-SET）的微机械位移检测器的固有噪声。利用Korotkov对SET的噪声分析作为出发点，我们确定了由于隧穿电流散粒噪声引起的位移噪声的谱密度。由此产生的机械位移噪声与增加的栅极电压成反比地减小。与此相反，由于波动的SET岛电荷的位移噪声增加近似线性增加的栅极电压。考虑到这两个噪声源导致最低位移噪声的最佳栅极电压值，从而获得最佳灵敏度。我们发现，对于可实现的谐振频率为100 MHz，品质因数Q约为10 ^4的微米级悬臂梁，位移灵敏度约为10^4埃，力灵敏度约为10^16 N。这样的灵敏度将允许在微机械悬臂梁的机械运动中检测量子压缩和在磁共振力显微镜（MRFM）中检测单自旋磁共振。
2001-09-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
The optomechanical instability in the quantum regime
我们考虑一个通用的光学机械系统，包括一个驱动的光学腔和一个可移动的反射镜连接到悬臂梁。这种系统（和类似物）已经在许多最近的实验中实现。众所周知，这些系统可能会表现出不稳定性，朝向悬臂进入自持振荡的状态。本文首先简要回顾了光力学不稳定性的经典理论，然后讨论了量子区域中出现的特征。我们数值求解了耦合系统的全量子主方程，并用它来分析光子数，悬臂梁的机械能，声子概率分布和机械维格纳密度，作为实验可访问的控制参数的函数。我们观察并讨论了量子到经典的转变作为一个合适的无量纲量子参数的函数。
2008-03-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Skyrmion-mechanical hybrid quantum systems: Manipulation of skyrmion qubits via phonons
针对skyrmion量子比特多比特扩展难题，提出磁耦合纳米机械悬臂的混合量子方案，用声子作接口操控远距量子比特，线性驱动可指数增强耦合，还可研究拓扑声子及手性相互作用，为磁性微结构量子研究提供平台。
2024-04-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Resolved sidebands in a strain-coupled hybrid spin-oscillator system
我们报告单电子自旋耦合到机械谐振器的运动的一种新的机制的基础上晶体应变。我们的设备由单晶金刚石杠杆与嵌入氮空位中心自旋。使用光学检测的电子自旋共振，我们确定未知的自旋应变耦合常数，并证明我们的系统驻留在解决边带制度。我们实现了超过10 MHz的机械驱动下的耦合强度，并表明我们的系统有可能达到强耦合。我们的新的混合系统形成了一个资源，为未来的实验自旋为基础的悬臂梁冷却和相干自旋振荡器耦合。
2014-03-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
