研究人员利用应变硅纳米线材料开发量子机械装置

产业资讯 量科网 2022-03-02 08:27

在为吉他调音时,拉紧琴弦会使琴弦振动得更快。但是当琴弦是纳米尺寸的时候,高张力也会减小,或者说是“稀释”了琴弦振动带来的损耗。这种被称为“耗散稀释”的效应已被用来开发量子技术的机械设备。在这种设备中,只有几十个原子厚的纳米线在被拨动一次后振荡了超过100亿次。而这相当于在吉他上拨动一次琴弦,琴弦振动了一年左右。

由Tobias J. Kippenberg教授领导的洛桑联邦理工学院的研究团队现在对晶体振荡器进行了简单的观察。晶体振荡器被广泛运用在电子设备中,它在低温下具有极小的机械能损失。该研究团队已证明,如果一种具有纳米级厚度的晶体材料在高张力下拉伸并能保持其原子顺序,那么它将是制造具有长寿命声学振动弦的良好候选者。

该论文的作者之一Nils Engelsen博士说:“我们选择了应变硅薄膜材料,因为它是电子行业的一项成熟技术,能用于提高晶体管的性能。而且,在市场上销售的应变硅薄膜厚度只有10纳米左右。”

一个主要的挑战是纳米线具有极端的长宽比。在他们的研究中,他们开发的纳米机械装置厚度有12纳米,最长可达6毫米。如果把这样的纳米线竖立起来,然后把它的比例固定,直径变到有哈利法塔的直径那么大,则它的尖端将超过GPS卫星环绕地球轨道的高度。

Alberto Beccari博士是Kippenberg实验室的学生,也是该论文的第一作者。他说:“这种结构在微细加工的最后一步时会变得脆弱,它容易受到微小的扰动。所以,我们必须彻底修改我们的制造工艺,以便能够在不发生灾难性崩溃的情况下暂停它们。”

应变硅纳米线对于量子力学实验特别有趣,它们的低耗散率能把环境干扰很好进行隔离,因此能够用于创建高纯度的量子态。此外,研究人员表示这种纳米线可以用于开发精密的力传感器,因为它会受到各种相互作用力的影响,如光束的微小辐射压力、与暗物质粒子的弱相互作用以及亚原子粒子产生的磁场。(编译:Qtech)