論文の概要: Hierarchical tensile structures with ultralow mechanical dissipation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.09785v3
- Date: Fri, 28 Jan 2022 13:54:29 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-07 21:11:33.584919
- Title: Hierarchical tensile structures with ultralow mechanical dissipation
- Title（参考訳）: 超低メカニカル散逸による階層的引張構造
- Authors: Mohammad J. Bereyhi, Alberto Beccari, Robin Groth, Sergey A. Fedorov,
Amirali Arabmoheghi, Tobias J. Kippenberg, Nils J. Engelsen
- Abstract要約: 階層的メタマテリアルは、新しいかつ非常に望ましい性質を実現するために、複数サイズの構造を利用する。
本研究では, 窒化ケイ素ナノメカニカル共振器に階層設計を適用し, 107kHzの周波数で109ドル程度の品質を有する二成分系木形共振器を実現する。
共振器のサーマルノイズに制限された感度は、室温で740tzrmzN/sqrtHz、室温で$mathrm90 zN/sqrtHzで6Kに達し、現在使用されている最先端のキャンチラーを上回ります。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Structural hierarchy is found in myriad biological systems and has improved
man-made structures ranging from the Eiffel tower to optical cavities.
Hierarchical metamaterials utilize structure at multiple size scales to realize
new and highly desirable properties which can be strikingly different from
those of the constituent materials. In mechanical resonators whose rigidity is
provided by static tension, structural hierarchy can reduce the dissipation of
the fundamental mode to ultralow levels due to an unconventional form of soft
clamping. Here, we apply hierarchical design to silicon nitride nanomechanical
resonators and realize binary tree-shaped resonators with quality factors as
high as $10^9$ at 107 kHz frequency, reaching the parameter regime of levitated
particles. The resonators' thermal-noise-limited force sensitivities reach
$740\ \mathrm{zN/\sqrt{Hz}}$ at room temperature and $\mathrm{90\
zN/\sqrt{Hz}}$ at 6 K, surpassing state-of-the-art cantilevers currently used
for force microscopy. We also find that the self-similar structure of binary
tree resonators results in fractional spectral dimensions, which is
characteristic of fractal geometries. Moreover, we show that the hierarchical
design principles can be extended to 2D trampoline membranes, and we fabricate
ultralow dissipation membranes suitable for interferometric position
measurements in Fabry-P\'erot cavities. Hierarchical nanomechanical resonators
open new avenues in force sensing, signal transduction and quantum
optomechanics, where low dissipation is paramount and operation with the
fundamental mode is often advantageous.
- Abstract（参考訳）: 構造構造は無数の生物系で見られ、エッフェル塔から光学キャビティまで、人工的な構造を改善した。
階層的メタマテリアルは、多サイズスケールの構造を利用して、構成材料と著しく異なる新しい、非常に望ましい特性を実現する。
静的張力によって剛性が得られる機械的共振器では、構造的階層は、不定形なソフトクランプによる基本モードの超低レベルへの散逸を低減できる。
本稿では, 窒化ケイ素ナノメカニカル共振器に階層設計を適用し, 107kHzの周波数で10^9$の高品質な2成分木形共振器を実現し, 浮遊粒子のパラメータ状態に到達した。
共振器の熱雑音に制限された力の感度は、室温で740\ \mathrm{zN/\sqrt{Hz}}$と6Kで$\mathrm{90\ zN/\sqrt{Hz}}$に達する。
また、二分木共振器の自己相似構造はフラクタルジオメトリの特徴である分数スペクトル次元をもたらすことがわかった。
さらに, 階層的設計原理を2次元トランポリン膜にまで拡張できることを示すとともに, ファブリ・ピエロキャビティの干渉位置測定に適した超低散逸膜を作製した。
階層型ナノメカニカル共振器は、低散逸が最重要であり、基本モードでの操作がしばしば有利である、力センシング、信号伝達、量子光学の新たな道を開く。
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