論文の概要: Ultra-coherent nanomechanical resonators based on inverse design
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.15601v1
- Date: Mon, 29 Mar 2021 13:26:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-06 06:08:50.893998
- Title: Ultra-coherent nanomechanical resonators based on inverse design
- Title（参考訳）: 逆設計に基づく超コヒーレントナノメカニカル共振器
- Authors: Dennis H{\o}j and Fengwen Wang and Wenjun Gao and Ulrich Busk Hoff and
Ole Sigmund and Ulrik Lund Andersen
- Abstract要約: 計算機支援逆設計手法を用いて,機械共振器の構造設計を行う。
我々は、超コヒーレントナノメカニカル共振器と記録的なQf生成物を特徴付け、量子コヒーレント状態に入る。
提案手法は、最先端技術のための超コヒーレントなマイクロ・ナノメカニカル共振器を設計するための新しいパラダイムを開放する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.29360071145551064
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Engineered micro- and nanomechanical resonators with ultra-low dissipation
constitute the ideal systems for applications ranging from high-precision
sensing such as magnetic resonance force microscopy, to quantum transduction
between disparate quantum systems. Traditionally, the improvement of the
resonator's performance - often quantified by its Qf product (where Q is
quality factor and f is frequency) - through nanomechanical engineering such as
dissipation dilution and strain engineering, has been driven by human intuition
and insight. Such an approach is inefficient and leaves aside a plethora of
unexplored mechanical designs that potentially achieve better performance.
Here, we use a computer-aided inverse design approach known as topology
optimization to structurally design mechanical resonators with optimal
performance of the fundamental mechanical mode. Using the outcomes of this
approach, we fabricate and characterize ultra-coherent nanomechanical
resonators with record-high Qf products, entering a quantum coherent regime
where coherent oscillations are observed at room temperature. Further
refinements to the model describing the mechanical system are likely to improve
the Qf product even more. The proposed approach - which can be also used to
improve phononic crystal and coupled-mode resonators - opens up a new paradigm
for designing ultra-coherent micro- and nanomechanical resonators for
cutting-edge technology, enabling e.g. novel experiments in fundamental physics
(e.g. search for dark matter and quantum nature of gravity) and extreme sensing
of magnetic fields, electric fields and mass with unprecedented sensitivities
at room temperature.
- Abstract（参考訳）: 超低出力のマイクロ・ナノメカニカル共振器は、磁気共鳴力顕微鏡のような高精度センシングから、異種量子システム間の量子変換まで、応用の理想的なシステムである。
伝統的に、共振器の性能はQf(Qは品質因子、fは周波数)によって定量化され、消散希釈やひずみ工学などのナノ機械工学によって人間の直感と洞察によって駆動される。
このようなアプローチは非効率であり、多くの未熟な機械設計を取り除き、より良い性能を達成する可能性がある。
本稿では,基本機械モードの最適性能を持つ機械共振器を構造的に設計するために,トポロジー最適化と呼ばれるコンピュータ支援逆設計手法を用いる。
このアプローチの結果を用いて, 室温でコヒーレント振動が観測される量子コヒーレント状態に入り, 超コヒーレントナノメカニカル共振器を記録高いQf生成物で作製し, 特徴付ける。
メカニカルシステムを記述するモデルに対するさらなる改良は、Qf生成物をさらに改善する可能性が高い。
提案手法は、フォノニック結晶と結合モード共振器の改善にも利用可能であり、最先端技術のための超コヒーレントマイクロ・ナノメカニカル共振器の設計のための新しいパラダイムを開拓し、例えば、基礎物理学における新しい実験(ダークマターの探索や重力の量子的性質)と、室温における前例のない感度を持つ磁場、電界、質量の極端な感知を可能にする。
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