border=0

Quantum-oszillator basearre op elektromechanikaal resonator

<== foarige artikel |

Quantum en klassike "wrâlden" wurde net ôfsplitst troch in ûnferbidlike golf - der moat in graduele oergong wêze fan ien nei de oare. De stúdzje fan 'e transysje út it klassike systeem oant de kwantum lûkt in protte omtinken fan wittenskippers. As wy mei in meganyske oszillator dwaande binne, kinne wy ​​ferwachtsje, dat ûnder beskate betingsten in transysje fan klassike nei quantumgedrach opkomt: fanwege de diskriminaasje fan it enerzjyspektrum kin de oszillaasje-amplitude allinich beskate wearden nimme, dy't folslein net-karakteristyk is fan 'e klassike mechanyske oszillator.

Yn 'e realiteit is it lykwols tige swier om de oergong fan klassike nei quantumgedrach te observearjen yn' t gefal fan in foldwaande grut objekt: om't de steat fan in quantumsysteem maklik yn it proses fan ynteraksje mei it miljeu ferwoeste wurde kin, is it tige swier om in soart mikroskopysk systeem te ympuljen dat kwantum eigenskippen sjen litte soe. Yn it gefal fan in meganyske oszillator is it genôch dat de enerzjyspalt tusken de enerzjynivo's fan 'e harmonyske oszillator minder minder is as de karakteristike thermele enerzjy om in ein te meitsjen op de mooglikheid om it quantum-gedrach fan' e oszillator te observearjen. Dêrtroch moatte, neist de lytse maatregels, op syn minst tige leechte temperatueren en genôch hege natuerlike frequinsjes fan oscillaasjes nedich wêze.

Mei in frekwinsje fan oscillaasjes fan in meganyske oszillator (bygelyks in dûnte silisykbarre) fan 'e oarder fan 1 GHz, wurde temperatueren fan sa'n 50 mk ferplicht om in oergong nei de kwantum-modus fan oscillaasjes te ferwachtsjen ( ). Om't de natuerfrekwinsje fan 'e oscillaasjes lykwols sa heech te wurden, moatte alle dimensjes fan' e mechanyske oszillator yn 'e submicron-rigel wêze, sadat it dreech makket om de ferfeling fan' e bar út 'e lykweardige posysje te ûntdekken.

, , . (9.1)

Bygelyks. In vibrator yn 'e foarm fan in ketting fan 100 atomen (10nm), dy't longitudinale oscillaasjes makket op in frekwinsje fan 2.5 THz, sil kwantum eigenskippen sjen op in temperatuer fan 50 k.

In vibrator yn 'e foarm fan in bar mei in lingte fan 1 μm = 1000 nm, dy't longitudinale oscillaasjes makket op in frekwinsje fan 25 GHz, sil kwantum eigenskippen sjen op temperatueren ûnder 0,5 K.

In vibrator yn 'e foarm fan in bar mei in lingte fan 1 mm, meitsje longitudinale oscillaasjes op in frekwinsje fan 25 MHz, sil kwantum eigenskippen sjen op temperatueren ûnder 0.0005K.

By it meitsjen fan resonators dy't in kwantum eigendom meitsje kinne, is it needsaaklik om de neikommende easken te ferfangen: Temperatuer ferminderje, geometryske dimensjes ferminderje, fergrutsje fan 'e operaasjefrekwinsje, gebrûk fan oscillaasjes op overtones, soargje foar akoestyske izeren fan' e vibrator mei struktureel eleminten.

Om dizze swierrichheden te oerwinnen, hawwe wittenskippers fan 'e Boston University in mikroskopysk meganyske oszillator makke fan in earder skriklike foarm. Mei help fan elektronlithografy, in struktuer dy't in antenne of in twa sided kammen wie, wie makke: de lingte fan 'e silisykbalke sels is 10,7 mikroanen, de breed is 400 nm; foar tosken, de lingte en breed binne 500 nm en 200 nm respektivelik; De totale dikte fan 'e struktuer is 245 nm: 185 nm is de dikheid fan silisium, 60 nm is de dikheid fan in gouden elektrozjet dy't op silisium spritsen is.

Fig. 9.2 Ofbylding fan in meganyske nano-oscillator, dat fia scanelektronenmikroskopy (a), in schematike fertsjintwurdiging fan nerfrekwike oszillaasjes fan in oscillator (b) en in kollektive modus fan oscillaasjes op hege frekwinsjes (c).

Dizze foarm fan oszillator liedt ta it ferskinen fan twa soarten oszillatorjende moden: leechfrekwinsje, oerienkomt mei de oscillaasje fan 'e struktuer as in gehiel (9.2b), en kollektive heechfrekwinsje, as oscillaasjes fan "tosken" (foar hokker natuerfrekwinsje in 1 GHz grutter is) yn' e phase-oscillaasjes fan 'e hiele struktuer as it gehiel (9.2c). It ûntwerp waard binnen in krystat pleatst mei in superconducting magnet fan 16 T, en de oscillaasjes waarden stimulearre troch in wikseljende stream troch de giele electrode te gean, wylst de Lorentz krêft op 'e struktuer wurke. Troch it mjitten fan de spannende drip oer de gouden electrode, dy't yn sokke betingsten proportional is foar it ferfangen fan de struktuer, kinne de ûndersikers de oscillaasjes fan 'e mechanyske oszillator folgje. As de frekwinsje fan 'e trepskrêft oerienkomt mei ien fan' e natuerlike frequinsjes fan 'e oscillaasjes fan it systeem, moat in resonânsje opkomme, d. de oszillaasjeamplitude fan 'e oszillator moat ferheegje, wat kin wurde fêstje troch it feroarjen fan de maksimale spanning.

Fig. 9.3 De ôfhinklikens fan 'e maksimale spanning (respektivelik de amplituden fan oscillaasjes) op' e frekwinsje fan 'e treinkraft neist de resonânsje (a) en op' e magnetyske fjildtearming (b) by in temperatuer fan - 1 k.

By it wurkje yn 'e leechfrekbere regio (21 MHz) by in temperatuer fan 60 mk, sjogge de ûndersikers in rein klassike byld - de oszillaasje amplituden stadichoan ferhege doe't it magnetyske fjild groeide (en dêrmei de krêft dy't op' e struktuer oansette). Wittenskippers bepaalden itselde byld by it wurkjen op in frekwinsje dat oerienkomt mei de natuerfrekwinsje fan 'e heechfrekjende kollektive modus (sawat 1,5 GHz) by in temperatuer fan 1 K (9,3). As de temperatuer lykwols ferdwynt nei 110 mK (by dizze temperatuer kin kT fergelykber wurde mei de kwantum enerzjy en de quantum natuer fan de oscillaasjes kin ferwachte wurde), hawwe de ûndersikers in kwalitatyf oare ôfbylding bepaald: der wie gjin kontinuere feroaring yn 'e amplitude fan oscillaasjes as it fjild feroare! Ynstee dêrfan is spanningsprekkers tusken twa spesifike wearden as it magnetyske fjild feroare - fig. 9.4. Sokke sprongen kinne as transysjes fan in kwantum oszillator tusken de grûn en earste eksitearre steaten ynterpretearre wurde.

Fig. 9.4 De ôfhinklikheid fan 'e maksimale spanning (respektivelik de amplituden fan oscillaasjes) op' e frekwinsje fan 'e treinkraft neist de resonânsje (a) en op' e magnetyske fjildtearmte (b) by in temperatuer fan - 110 mK.

Hoewol't wittenskippers foarsichtich binne, wurde bepaald dat it noch altyd te begripen is om de resultaten fan eksperiminten ûndúdlik te interpretearjen as in manifestaasje fan it quantumgedrach fan in makroskopyske mechanyske oscillator (de "kamm" bestiet út sa'n 50 miljard silisium atomen), mar it is mooglik dat se it persoan tawize, it skieden fan de kwantum- en klassike wrâlden. Yn it eksperimint beskôge, miskien foar it earst it mooglik is it quantumgedrach fan in meganyske oszillator fan mikrongrutte te bewarjen.

It kin ferwachte wurde dat de tapassing fan nanotechnology yn mjittechnology, benammen, yn 'e ûntwikkeling fan primêre mjitkundige transducers basearre op ultra-miniatuer, superhigh-frequency elektromeseksyske resonators makket it mooglik om in kwalitative springen yn ynstruminten te meitsjen. Bygelyks, apparaten fan dit type sille karakterisearre wurde troch ultra-hege gefoeligens, wat net maklik berikber wurdt troch moderne mjittingen. Mar de oprjochting fan sensueringen fan nije generaasjes dy't gebrûk meitsje fan kwantum oszillatoren sil de ûntwikkeling fan 'e teoretyske fûneminten fan har boubedriuw, fabrikaazjetechnology, it gebrûk fan spesjale elektroanen, ensfh.

<== foarige artikel |





Sjoch ek:

Gebrûk fan Chaos om ynformaasje te generearjen

Sensoren en mikroaktuators basearre op MEMS-technology

Ynlieding

Fysike basis fan nanotechnology, it krijen fan nanomaterialen

Algemiene fysiology fan sintoryske systemen

Starke effekt

Meitsjen fan metoaden mei resonant ynteraksje fan it elektromagnetyske fjild mei in substansje

Physysk aard fan 'e tunnel-effekt

Praktyske tapassing fan it effekt fan oerflakplasmonsononositeit

NGR metoade - spektroskopy

MEMS-foarsjennings foar portable apparaten.

Physyske basis foar it meitsjen fan yntelliginte mjitsysteemen mei neuronale netwurktechnology

Perspektiven foar it brûken fan mikrodeksjes yn sensornetwurken

Physical Basics of SQUID - mikroskopy

Werom nei ynhâldsopjefte: Moderne fûnemintele en tapastlike ûndersyk yn ynstruminten

Views: 1686

11.45.9.63 © edudocs.fun is net de auteur fan de materialen dy't ynbrocht binne. Mar leveret de mooglikheid fan fergees gebrûk. Is der in fertsjinwurdiging fan 'e autoriteit? Skriuw ús | Feedback .