論文の概要: Accessing 100 GHz Mechanical Modes in Bulk Crystals at Cryogenic Temperatures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.10737v1
• Date: Sun, 12 Jul 2026 12:42:07 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-14 15:40:48.518918
• Title: Accessing 100 GHz Mechanical Modes in Bulk Crystals at Cryogenic Temperatures
• Title（参考訳）: 低温におけるバルク結晶の100GHzメカニカルモードのアクセス
• Abstract要約: サブテラヘルツ・エレクトロメカニクスは、実験的に友好的なケルビン温度で機械的量子運動を探索する有望な経路を提供する。 ニオブ酸バルクリチウムは, プラグ・アンド・プレイ3次元マイクロ波キャビティで結合した場合, 100GHz付近で機械的にアクセス可能なモードを担っている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.8033500402815792
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Sub-terahertz electromechanics offers a promising route to probe mechanical quantum motion at experimentally friendly Kelvin temperatures. Traditionally, high-frequency mechanical resonators rely on advanced microfabrication to shape complex microstructures, while bulk crystals have been largely overlooked due to their large inertia and challenging transduction at such frequencies. Here we show that bulk lithium niobate can host mechanically accessible modes near 100 GHz when coupled via plug-and-play three-dimensional microwave cavities. This approach enables efficient, non-contact excitation of centimeter-scale, milligram-mass vibrational modes across 7.0--110 GHz, with mechanical quality factors up to 30,000 at W band. Furthermore, using a frequency-tunable superconducting niobium cavity at 4 K, we demonstrate strong coupling between a microwave cavity mode and multiple mechanical modes, enabling coherent energy exchange between microwave photons and mechanical phonons with cooperativity up to 16.6 at 110 GHz. These results establish a versatile platform for accessing massive high-frequency mechanical modes and for precision tests of mechanical quantum physics at elevated temperatures.
• Abstract（参考訳）: サブテラヘルツ・エレクトロメカニクスは、実験的に友好的なケルビン温度で機械的量子運動を探索する有望な経路を提供する。 伝統的に、高周波機械共振器は複雑な微細構造を形成するために高度なマイクロファブリケーションに頼っているが、バルク結晶は大きな慣性度とそのような周波数での変換が困難であるためにほとんど見過ごされている。 ここでは, ニオブ酸リチウムバルクが, プラグ・アンド・プレイ3次元マイクロ波キャビティで結合した場合に, 100GHz付近で機械的にアクセス可能なモードを担持可能であることを示す。 このアプローチにより、7.0-110GHz帯におけるセンチメートルスケールのミリグラム質量振動モードの効率よく非接触励起が可能となり、W帯では最大3万の機械的品質因子が得られる。 さらに, マイクロ波キャビティモードとマルチメカニカルモードとの強い結合性を実証し, 110GHzで最大16.6GHzでマイクロ波光子とメカニカルフォノンのコヒーレントエネルギー交換を可能にする。 これらの結果は、大規模な高周波機械モードへのアクセスと、高温での機械量子物理学の精度試験のための多用途プラットフォームを確立した。

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