神奇的納米弦

應變可以用來在納米尺度上設計材料的一些不同尋常的性質。在瑞士聯邦理工學院的Tobias Kippenberg實驗室中的研究人員已經利用這種效應來設計一個極低的損耗納米弦。當彈撥時，弦會以振動周期為微秒的情況下震動幾分鐘（相當於一個標準吉他演奏一個月）。使用它作為一個超靈敏的麥克風，研究人員希望能夠檢測激光束的光子的聲音。這項工作發表在《科學Science》雜誌上。

操作壓力的一種方式

對於機械工程師來說，壓力通常是一件令人討厭的事。然而，進行適當的管理，它也可以是一個強大的工具：彈性體通過調整原子（應變）之間的距離來響應壓力，這可以用來控制電子的性質。這種彈性應變工程的一個例子就是現代晶體管，它通過強調硅柵材料來提高其運行速度。

應力還可以用來設計彈性體的性質。例如，拉伸吉他弦不僅會改變它的聲音（它的振動頻率），而且會改變它的質量因子（單個採摘產生的振動的數量）。這種效應被稱為「耗散稀釋」，在許多音樂圈中是不受歡迎的，但在其他領域則是一個巨大的優勢。

大的未必總是更好

其中的一個領域就是納米力學，在品質因數振蕩器決定了其實用的一種應用如力感測。在過去的十年里，施加應力的納米機械振蕩器已成為一個重要的手段，因為其往往具有超高質量的特性；然而，這種趨勢與其說是一種設計選擇，不如說是一種由納米尺度自然產生的巨大應力的產物。

利用瑞士聯邦理工學院微納米技術中心的一套強大的工具，Kippenberg的研究人員在實驗室中設置工程納米設備，故意增強應力和耗散稀釋。他們發現，形成的一個弦結構是一個理想的幾何形狀，雖然它的運動必須定位遠離其支持和共同本地化的內部應力分布。

為了滿足這些要求，研究人員將琴弦設計成一個周期結構，在這種結構中，振動可以圍繞一個中心缺陷被捕獲：聲子晶體。為了協調應變，缺陷被小心地錐形，整個圖案被印在一個大約10納米厚度，其長度約1厘米（其伸展長度相當於橫跨太平洋的金門大橋）。

研究人員在室溫下測量了納米弦器件，發現器件局域模振動頻率為1 MHz，並維持幾十分鐘，並對應於8億的品質因數。調換成標準的吉他弦，相等於要演奏一個月的時間。

聽見光

憑藉其小質量和極其高的質量因素，類似於Kippenberg實驗室開發的納米弦，與其將會在傳統的遙感應用產生一個重要影響。作為力感測器，例如，他們能夠在阿托牛頓的水平檢測到局部擾動，相當於人與人之間的引力。

還有一個有趣的應用是檢測弱光力。通過耦合納米弦的光波導，Kippenberg的實驗室最近展示了檢測光子激光束流的非常微弱的聲音的能力（每個弦受到微小輻射壓力）。令人驚訝的是，他們發現這種測量技術可以被用來產生非經典光，稱為壓縮光的狀態，從而可以提高光學干涉儀的靈敏度。

他們正在尋求一個不同的問題：是否有可能使用相同的光場檢測了納米弦真空波動（一個其自然聲子的結果）？「海森堡的不確定性原理預測這兩個能力是相稱的，」Dalziel Wilson說，他是該論文的作者之一。「這個所謂的標準量子極限操作技術，提供了一種將有形狀的機械物體從室溫冷卻到絕對零度（其運動基態）的可能性，將是許多量子實驗的出發點。」

來源：https://phys.org/news/2018-04-one-string-to-rule-them.html

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