論文の概要: Noncontact friction in ultracoherent nanomechanical resonators near dielectric materials

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.10237v1
• Date: Fri, 12 Sep 2025 13:31:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-15 16:03:08.101982
• Title: Noncontact friction in ultracoherent nanomechanical resonators near dielectric materials
• Title（参考訳）: 誘電体近傍の超コヒーレントナノメカニカル共振器における非接触摩擦
• Authors: Amirali Arabmoheghi, Alessio Zicoschi, Guillermo Arregui, Mohammad J. Bereyhi, Yi Xia, Nils J. Engelsen, Tobias J. Kippenberg,
• Abstract要約: 量子技術のための有望なプラットフォームとして、マイクロおよびナノメカニカル共振器が登場している。 近接誘電体の存在により生じる超コヒーレントナノメカニカル振動子に発生する新しい発散機構について報告する。 本研究は,超コヒーレントナノメカニカル共振器の統合の限界について考察した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.840562129212051
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Micro- and nanomechanical resonators are emerging as promising platforms for quantum technologies, precision sensors and fundamental science experiments. To utilize these devices for force sensing or quantum optomechanics, they must be brought in close proximity with other systems for functionalization or efficient readout. Improved understanding of the loss mechanisms in nanomechanical resonators, specifically the advent of dissipation dilution, has led to the development of resonators with unprecedented coherence properties. The mechanical quality factors of this new class of ultracoherent micro- and nanomechanical oscillators can now exceed 1 billion at room temperature, setting their force sensitivities below 1 $\mathrm{aN}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$, surpassing those of the state-of-the-art atomic force microscopes (AFMs). Given this new regime of sensitivity, an intriguing question is whether the proximity of other materials hinders mechanical coherence. Here we show: it does. We report a novel dissipation mechanism that occurs in ultracoherent nanomechanical oscillators caused by the presence of nearby dielectrics. By studying the parameter scaling of the effect, we show that the mechanism is more severe for low-frequency mechanical modes and that it is due to dielectric loss within the materials caused by the motion of a resonator which carries static charges. Our observations are consistent with the noncontact friction (NCF) observed in AFMs. Our findings provide insights into limitations on the integration of ultracoherent nanomechanical resonators and highlight the adverse effects of charged defects in these systems.
• Abstract（参考訳）: マイクロ・ナノメカニカル共振器は量子技術、精密センサー、基礎科学実験のための有望なプラットフォームとして登場しつつある。 これらのデバイスを力覚や量子光学に利用するためには、機能化や効率的な読み出しのために他のシステムと近接して行う必要がある。 ナノメカニカル共振器の損失機構の理解、特に散逸希釈の出現は、前例のないコヒーレンス特性を持つ共振器の開発につながった。 この新しい超コヒーレントマイクロ・ナノメカニカル振動子の機械的特性は、室温で10億を超え、その力感度は1$\mathrm{aN}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$より低くなり、最先端原子間力顕微鏡(AFMs)のそれを上回る。 この新しい感度状態を考えると、他の物質の近接が機械的コヒーレンスを妨げるかどうかという興味深い疑問がある。 以下に示すのは、それだ。 近接誘電体の存在によって生じる超コヒーレントナノメカニカル振動子に発生する新しい発散機構について報告する。 この効果のパラメータスケーリングを調べた結果、低周波機械モードではメカニズムがより深刻であり、静電荷を搬送する共振器の運動によって生じる材料内部の誘電損失によるものであることが判明した。 我々の観察はAFMで観測された非接触摩擦(NCF)と一致している。 本研究は,超コヒーレントナノメカニカル共振器の統合の限界について考察し,これらのシステムにおける荷電欠陥の悪影響を明らかにするものである。

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