具有超低耗散的应变晶体纳米机械谐振器

在应变机械谐振器中，拉伸应力与几何非线性的共存显著降低了耗散。这一现象，即耗散稀释，被应用于引力波干涉仪的镜面悬挂以及纳米尺度中，其中软夹紧与应变工程已实现极高的品质因数。然而，这些技术迄今仅应用于非晶材料，特别是氮化硅。晶体材料在低温下表现出显著更低的内禀阻尼，这是由于体内不存在双能级系统，正如在韦伯棒和硅光机械腔中所利用的那样。因此，将耗散稀释工程应用于应变晶体材料可借助降低的内摩擦、高内禀应变和高屈服强度的结合实现极低损耗纳米机械谐振器。开创性工作尚未充分挖掘这一潜力。在此，我们证明用于高迁移率晶体管开发的单晶应变硅可用于实现具有超低耗散的机械谐振器。我们观察到高深宽比（>10^5）的应变硅纳米弦在 7 K 下支持品质因数超过 10^{10} 的 MHz 机械模式，较氮化硅报道值提升十倍。在 7 K 时，热噪声受限力灵敏度约为 45 zN/√Hz——接近碳纳米管——且加热速率仅为每秒 60 个量子。我们的纳米机械谐振器表现出比最纯净的宏观振荡器更低的耗散，且其低质量使其在量子传感与换能中尤为可观。