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准一维光力谐振器中的双能级系统阻尼

DOI：10.1103/PhysRevB.98.214303 期刊：Physical Review B 出版年份：2018 更新时间：2025-09-09 09:28:46
摘要： 纳米机械谐振器已被证明在众多新兴量子技术中作为多功能工具具有巨大潜力。对于此类应用，这些系统的性能受限于其脆弱量子态的退相干效应，因此需要透彻理解它们与周围环境的耗散耦合。在块体非晶固体中，这些耗散通道在低温下主要由与本征双能级系统（TLS）缺陷的寄生耦合主导；然而，关于这种阻尼如何在降维纳米机械谐振器中表现，理论与实验之间仍存在脱节。在此，我们提出一种光力介导的热衰减技术，用于对低温冷却硅纳米谐振器的四种机械模式（共振频率范围为3-19 MHz）进行同步耗散测量。通过分析该器件在10 mK至10 K制冷温度下的机械阻尼率，我们证明了与限制在一维空间内的TLS集合的标准隧穿模型存在定量一致性。根据这些拟合结果，我们提取出缺陷态密度（P0 ～ 1?4 × 1044 J?1 m?3）和形变势（γ ～ 1–2 eV），表明每个机械模式在10 mK时平均仅与不到一个热激活缺陷耦合。
作者： B. D. Hauer，P. H. Kim，C. Doolin，F. Souris，J. P. Davis
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究纳米机械谐振器与其周围环境的耗散耦合，重点关注降维系统中两能级系统（TLS）缺陷的作用。

研究成果

该研究表明，在一维几何结构中，测量的机械阻尼率与标准隧道模型对两能级系统（TLS）集合的预测具有定量一致性。研究强调了在理解纳米机械谐振器中TLS阻尼时考虑维度的重要性，并指出表面缺陷在观测到的耗散中起重要作用。这些发现为低温下声子与单个缺陷之间的量子相干相互作用开辟了途径。

研究不足

该研究的局限性在于假设所有温度下声子态密度均为一维，这可能无法完全反映系统维度效应的复杂性。此外，低温下测量引起的器件加热可能会影响阻尼率测量的准确性。

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