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凝聚态物理 > 中尺度与纳米尺度物理

arXiv:2507.01217 (cond-mat)
[提交于 2025年7月1日 ]

标题: 超低损耗钻石纳米力学通过范德华自组装实现

标题: Ultralow-loss diamond nanomechanics enabled by van der Waals self-assembly

Authors:Guanhao Huang, Chang Jin, Sophie Weiyi Ding, Marko Lončar
摘要: 纳米机械系统是精密测量、传感、宏观量子物理和新兴量子信息科技的关键平台。在这些应用中,高机械品质因数,通常通过耗散稀释实现,非常重要,因为它们直接提高测量灵敏度和量子相干性。然而,纳米结构固有的表面粘附严重限制了其性能。在这里,我们通过一种新颖的范德华(vdW)自组装方法,将这一长期存在的障碍转化为张力增强的耗散稀释解决方案。利用固有的纳米尺度表面相互作用,在单晶金刚石中实现了高达1.3GPa的可控拉伸应力——这是一种理想但难以应变工程的材料——而没有引入额外的界面损耗。我们在5K时展示了超过一亿的机械品质因数,超过了同类纵横比下的最先进系统。这种适用于其他晶体材料的通用方法,为使用低温纳米机械系统进行超精密量子传感、量子引力测试和混合量子系统开辟了新途径。
摘要: Nanomechanical systems are critical platforms for precision measurement, sensing, macroscopic quantum physics, and emerging quantum-information technologies. In these applications, high mechanical quality factors, often achieved using dissipation dilution, are important since they directly enhance measurement sensitivity and quantum coherence. However, surface stiction intrinsic to nanoscale structures severely limits their performance. Here, we transform this longstanding obstacle into a solution for tension-enabled dissipation dilution, via a novel van der Waals (vdW) self-assembly method. Leveraging intrinsic nanoscale surface interactions, we achieve controlled tensile stresses up to 1.3GPa in single-crystal diamond--an ideal but notoriously difficult material to strain-engineer--without introducing additional interface losses. We demonstrate mechanical quality factors exceeding 100 million at 5K, surpassing state-of-the-art systems at comparable aspect ratios. This versatile approach, applicable to other crystalline materials, opens up avenues using cryogenic nanomechanical systems for ultra-precise quantum sensing, tests of quantum gravity, and hybrid quantum systems.
评论: 14页,11图
主题: 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall) ; 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci); 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2507.01217 [cond-mat.mes-hall]
  (或者 arXiv:2507.01217v1 [cond-mat.mes-hall] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.01217
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Guanhao Huang [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 7 月 1 日 22:29:19 UTC (7,652 KB)
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