高应力氮化硅纳米梁的耗散工程

高应力 Si$_3$N$_4$ 纳米谐振器已成为机电和光机设备的一个有吸引力的选择。膜谐振器可以实现品质因数($Q$)-频率($f$)积超过 $10^{13}$ Hz，从而(原则上)启用室温量子相干操作。弦状梁谐振器传统上 $Q\cdot f$ 积小 10 倍；然而，由于其大得多的 $Q$-质量比和减小的模式密度，它们仍然是精密力、质量和电荷传感的经典选择，并且最近实现了低温下的海森堡极限位置测量。这里我们探索两种增强纳米机械梁 $Q$ 因子的技术。这些技术涉及两种主要损耗机制：内部损耗，主导大纵横比和 $f\lesssim100$ MHz；以及辐射损耗，主导小纵横比和 $f\gtrsim100$ MHz。首先我们展示通过将纳米梁嵌入一维声子晶体，可以局域其弯曲运动并屏蔽辐射损耗。使用该方法，我们实现了 $f>100$ MHz 模式与 $Q\sim 10^4$，这与内部损耗一致，并与类似尺寸未屏蔽梁形成鲜明对比。然后我们研究毫米长纳米梁高阶模式的 $Q\cdot f$ 积。利用应力诱导“损耗稀释”的模式形状依赖性，我们实现了 $f\approx 4$ MHz 模式与 $Q\cdot f\approx9\cdot 10^{12}$ Hz。我们的结果可以将室温量子相干操作扩展到超低质量一维纳米机械振荡器。