論文の概要: Strained crystalline nanomechanical resonators with ultralow dissipation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2107.02124v1
- Date: Mon, 5 Jul 2021 16:31:06 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-23 08:59:14.834280
- Title: Strained crystalline nanomechanical resonators with ultralow dissipation
- Title（参考訳）: 超低散逸性結晶ナノメカニカル共振器
- Authors: Alberto Beccari, Diego A. Visani, Sergey A. Fedorov, Mohammad J.
Bereyhi, Victor Boureau, Nils J. Engelsen, Tobias J. Kippenberg
- Abstract要約: 消散希釈は、重力波干渉計のミラーサスペンションやナノスケールで用いられる。
単結晶ひずみシリコンは、超低損失の機械的共振器を実現するために用いられる。
- 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: In strained mechanical resonators, the concurrence of tensile stress and
geometric nonlinearity dramatically reduces dissipation. This phenomenon,
dissipation dilution, is employed in mirror suspensions of gravitational wave
interferometers and at the nanoscale, where soft-clamping and strain
engineering have allowed extremely high quality factors. However, these
techniques have so far only been applied in amorphous materials, specifically
silicon nitride. Crystalline materials exhibit significantly lower intrinsic
damping at cryogenic temperatures, due to the absence of two level systems in
the bulk, as exploited in Weber bars and silicon optomechanical cavities.
Applying dissipation dilution engineering to strained crystalline materials
could therefore enable extremely low loss nanomechanical resonators, due to the
combination of reduced internal friction, high intrinsic strain, and high yield
strength. Pioneering work has not yet fully exploited this potential. Here, we
demonstrate that single crystal strained silicon, a material developed for high
mobility transistors, can be used to realize mechanical resonators with
ultralow dissipation. We observe that high aspect ratio ($>10^5$) strained
silicon nanostrings support MHz mechanical modes with quality factors exceeding
$10^{10}$ at 7 K, a tenfold improvement over values reported in silicon
nitride. At 7 K, the thermal noise-limited force sensitivity is approximately
$45\ \mathrm{{zN}/{\sqrt{Hz}}}$ - approaching that of carbon nanotubes - and
the heating rate is only 60 quanta-per-second. Our nanomechanical resonators
exhibit lower dissipation than the most pristine macroscopic oscillators and
their low mass makes them particularly promising for quantum sensing and
transduction.
- Abstract（参考訳）: 歪んだ機械共振器では、引張応力と幾何学的非線形性が劇的に減少する。
この現象、放散希釈は重力波干渉計のミラーサスペンションやナノスケールで使われており、ソフトクランプやひずみ工学は極めて高い品質の要因を許容している。
しかし、これらの技術はアモルファス材料、特に窒化ケイ素にしか適用されていない。
結晶性材料は、ウェバーバーやシリコン光機械的キャビティで利用されるように、バルクに2段階のシステムがないため、極低温での固有減衰が著しく低下する。
したがって、歪した結晶材料に散逸希釈技術を適用することで、内部摩擦の低減、高固有ひずみ、高降伏強度の組み合わせにより、極端に低損失なナノメカニカル共振器を実現することができる。
パイオニアの作業は、まだこの可能性を十分に活用していない。
本稿では、高移動度トランジスタ用材料である単結晶歪シリコンを用いて、超低出力のメカニカル共振器を実現することを実証する。
高アスペクト比 (>10^5$) のシリコンナノストリングは, 窒化ケイ素で報告された値よりも10倍の10〜10ドルを超える品質因子を有するMHzメカニカルモードをサポートすることが観察された。
7Kでは、熱雑音に制限された力の感度はおよそ45\ \mathrm{{zN}/{\sqrt{Hz}}}$で、カーボンナノチューブに近づき、加熱速度は秒間60Quanta/sである。
我々のナノメカニカル共振器は、最も原始的なマクロ振動子よりも散逸が低く、その低質量は量子センシングとトランスダクションに特に有望である。
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