文摘
微型机械振子是快速发展的领域,与新兴的应用程序,包括信号处理、生物检测1和量子力学的基本测试2。机械振子的尺寸缩小到分子,如碳纳米管谐振器3,4,5,6,7,他们的震动越来越强烈耦合和相互作用8,9甚至直到弱热波动可能使振荡器非线性10,11,12,13。这个尺度的力学具有丰富的动力学,未知的因为一个有效的方式缺乏实时检测运动。这里我们直接测量碳纳米管的热振动实时使用high-finesse微米级的氮化硅光子显微镜光学腔作为敏感。位移灵敏度高700 fm赫兹−1/2和时间分辨率的这种技术,我们能够发现一个前时均未被发现的领域动态测量和室温连贯性,近三个数量级的时间比之前报道。我们发现一致性的差异源于长期的非平衡动力学、非线性系统类似于Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou复发14。我们的数据公布的出现弱混沌机械通气15循环,振动能量之间共享几个共振modes-dynamics我们能够复制使用一个简单的数值模型。这些实验开放的研究非线性机械系统在布朗限制(也就是说,当一个系统完全由热波动)和现在的一个集成的、敏感、高带宽为碳纳米管谐振器纳米光子接口。
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确认
我们感谢a . Bachtold讨论。这项工作是由美国国家科学基金会支持部分授权号码0928552。也是支持的康奈尔大学材料研究中心的资助NSF MRSEC计划(dmr - 1719875)和资金从IGERT (dge - 0654193)。这部分工作是在康奈尔大学纳米设施,国家纳米技术的成员协调基础设施(NNCI),这是由美国国家科学基金会(格兰特的eccs - 1542081)。G.S.W.承认FAPESP(格兰特2012/17765-7)和CNPq必须占州政府的财政支持在巴西。
作者信息
作者和联系
贡献
A.W.B. M.Z.构思实验,设计和制造设备,进行测量。A.W.B.,M.Z. and G.S.W. performed data analysis. All authors contributed to the writing of the manuscript. M.L. and P.L.M. supervised the project.
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突。
额外的信息
出版商的注意:施普林格自然保持中立在发表关于司法主权地图和所属机构。
扩展数据数据和表
扩展数据图1镊子散射。
一个光传输的空间依赖固定激光去谐镊子在光学扫描模式。尖(蓝色和黄色点)是区分和地区的差距(橙色点)显示干扰可以忽略不计。b,在选择分腔透射光谱一个以及一个远场光谱。虚线对应于使用的固定解谐一个。小的差异差距光谱和远场光谱是由于测量之间的慢热漂移。
扩展数据图2光电流光学模式的映射。
一个,腔场的近场光电流映射原则。暂停问定位接近光学腔和缓慢扫描周边的光学谐振腔。模式1和2是两个驻波空间π的阶段。b光电流信号(我照片)问激光波长迅速席卷两个光学驻波模式。交替光电流强度对应的空间几何光学驻波。
扩展数据图3光学极化率测量。
一个的示意图测量。问了是空腔的表面(虚线),然后向下移动的镊子的平面腔,问几个光节点移动。b,由此产生的传输数据作为位移的函数(绘制从黑到红)。共振光谱绘制是共振的力量之间的差异(P0)和发射功率(P反式)和流离失所的清晰度。c,阻尼的变化之间的关系γ1和频率f1(参考各自的远场量γ01和f01)高频模式。d,两腔的衰减率之间的关系。垂直和水平线表示远场阻尼率γ01和γ02和蓝色光谱分别对应于每个模式的最大阻尼条件。线性符合指定的最大阻尼率γ≈450 MHz,由于两种空间模式的正交性。
扩展数据图4宽带pseudo-periodic共振分析。
一个,145 ms谱图的连续数据,揭示相关性之间的振幅和频率变化几个共振模式。右边的功率谱是策划模式被称为基于分析的补充部分5。b共振模式振幅之间的相关性一个Δ和频率变化f。的频率变化\ ({f} _ {3 z} \)上面绘制(蓝色),虚线对应于局部最小值。5(规范化)振幅模式策划如下。
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巴纳德,托张,M。,Wiederhecker, G.S.et al。碳纳米管的实时振动。自然566年,89 - 93 (2019)。https://doi.org/10.1038/s41586 - 018 - 0861 - 0
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DOI:https://doi.org/10.1038/s41586 - 018 - 0861 - 0
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