利用布朗运动直接测量空间变化的热浴

微机械谐振器的性能从根本上受到其与热环境耦合的限制。这种热力学效应的量级通常依据一个物理温度来考虑，并假定该温度在谐振器的物理跨度上均匀一致。然而，在某些情况下，例如量子光力学或干涉式引力波探测，谐振器的温度可能并不均匀，导致谐振器在热学上连接到一个空间变化的热浴。在此情形下，感兴趣的模式与其热环境之间的关联就不那么容易理解。在此，我们在一个相关的光力学平台——声子晶体——上构建了一个分布式热浴，并利用高度局域化和扩展的谐振器模式，在完全不同的热浴 regime 下探测该空间变化的热浴。结果，我们观察到各模式的布朗运动幅度存在显著差异。根据这些测量，我们能够重建谐振器上的局域温度分布图，并测量热导率和辐射冷却上的纳米尺度效应。我们的工作解释了光力学实验中遇到的一些热现象，例如由光吸收引起的模式依赖加热。此外，我们的工作将量化谐振器模式与其热环境耦合的典型品质因子从机械耗散推广到整个谐振器中局域耗散与局域温度的重叠。这一额外的认识确定了可应用于微机械谐振器性能优化的设计原则。