永遠に振動し続ける弦(のようなもの)(Strings that can vibrate forever (kind of))

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2024-05-21 オランダ・デルフト工科大学(TUDelft)

新開発のナノストリングは、室温環境での機械的品質係数が最高記録を達成し、マイクロチップに取り付けられています。これにより既存のマイクロチッププラットフォームへの統合が可能です。ナノストリングは振動エネルギーを内部に閉じ込め、環境ノイズの影響を受けにくく優れたセンサー性能を示します。この技術は量子現象の研究を室温環境で可能にし、量子ベースのセンシングに応用できます。TU Delftの研究者たちは、シミュレーションと実験の一致を高め、機械学習アルゴリズムを活用して設計を最適化しました。

<関連情報>

低損失のセンチメートル・スケールのナノメカニカル共振器 Centimeter-scale nanomechanical resonators with low dissipation

Andrea Cupertino,Dongil Shin,Leo Guo,Peter G. Steeneken,Miguel A. Bessa & Richard A. Norte
Nature Communications  Published:18 May 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-024-48183-7

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Abstract

High-aspect-ratio mechanical resonators are pivotal in precision sensing, from macroscopic gravitational wave detectors to nanoscale acoustics. However, fabrication challenges and high computational costs have limited the length-to-thickness ratio of these devices, leaving a largely unexplored regime in nano-engineering. We present nanomechanical resonators that extend centimeters in length yet retain nanometer thickness. We explore this expanded design space using an optimization approach which judiciously employs fast millimeter-scale simulations to steer the more computationally intensive centimeter-scale design optimization. By employing delicate nanofabrication techniques, our approach ensures high-yield realization, experimentally confirming room-temperature quality factors close to theoretical predictions. The synergy between nanofabrication, design optimization guided by machine learning, and precision engineering opens a solid-state path to room-temperature quality factors approaching 10 billion at kilohertz mechanical frequencies – comparable to the performance of leading cryogenic resonators and levitated nanospheres, even under significantly less stringent temperature and vacuum conditions.

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