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日月城平台-中国科大在纳米机电系统(NEMS)相关研究中取得系列进展

时间:2021-02-20
本文摘要:由中国科学院郭广灿院士领导的中国科学院量子信息重点实验室,在基于碳纳米管的纳米机电系统(NEMS)方面取得了最重要的进展。实验室固态量子芯片组郭与清华大学课题组蒋凯里合作,成功构建了两个串联碳纳米管谐振器的强耦合和碳纳米管谐振器中两个模式的强耦合,并利用这种耦合构建了声子的相干操控。相关结果发表于《纳米快报》(纳米列特。 16,5456(2016),纳米列特。

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由中国科学院郭广灿院士领导的中国科学院量子信息重点实验室,在基于碳纳米管的纳米机电系统(NEMS)方面取得了最重要的进展。实验室固态量子芯片组郭与清华大学课题组蒋凯里合作,成功构建了两个串联碳纳米管谐振器的强耦合和碳纳米管谐振器中两个模式的强耦合,并利用这种耦合构建了声子的相干操控。相关结果发表于《纳米快报》(纳米列特。

16,5456(2016),纳米列特。17,ASAP(2017)近年来,碳纳米管由于其良好的电学性能和优异的力学性能,在纳米机电系统(NEMS)的研究中得到了广泛的应用。

它们在质量、微力、气体、偏移量等物理量的测量中也有广阔的应用前景。特别是碳纳米管谐振器的机械模式与单分子磁体、单电子电荷、磁矩等物理量具有很强的耦合性,可以用来探索纳米尺度的物理现象,是一种高质量的量子传感器件。在量子信息领域,纳米谐振器中的声子可以长时间保持相干性,并且可以为长距离传输保持相干性,是一种很好的飞行中量子比特,被指出是量子数据总线的候选对象之一。

碳纳米管的新移动方式和以探索串联碳纳米管谐振器样品周围声子为量子数据总线的目标,郭的研究团队积极开展了多机械振子的长程耦合研究,首次在碳纳米管机械振子上搭建了两个串联机械振子的强耦合,也观察到了两个机械振子与量子点之间的强耦合。研究结果发表在国际权威期刊《纳米尺度》(纳米列特。

16,5456(2016)新型耦合机械振荡器器件也为电子-声子相干相互作用、电子长程耦合和电子纠缠的研究提供了新的平台。利用声子作为飞行中的比特,也为量子数据总线研究获得了新的思路、新的方法和新途径。

在构建声子长程耦合和长程传输的基础上,量子数据总线的研究还必须构建声子的相干操控。机械振动高阶模式的研究对超灵敏传感器和声子的相干操作具有重要意义。目前,国际上对多机械模式耦合的研究主要集中在100 kHz的低频谐振器上。

为了构建更灵敏的传感器和更慢的声子操作,必须进一步提高谐振器的谐振频率。碳纳米管中两种力学模式的强耦合是针对高频声子操纵问题的。郭的研究小组发现,单个碳纳米管在不同方向的振动模式可以工作在100兆赫左右。

这两种模式可以通过增加另一个参数驱动来耦合,通过调节驱动功率可以构建从弱耦合到强耦合的线性调节,与理论计算结果完全一致。研究结果发表在7月13日出版的权威期刊《纳米技术》《纳米快报》(。研究小组通过控制驱动微波的波形,构建了机械振动中声子的相干拉比算符,观测到了10多个拉比涨落,在目前的实验中仅次于记录。此外,Rabi算子的频率小于500 kHz,比以前的报道高两个数量级。

研究结果发表在国际权威期刊《纳米尺度》 (NanoLett.17,ASAP(2017))上。通过一系列手段将机械振动加热到量子基态后,声子的相干操控将在量子传感和量子信息领域有着广阔的应用前景。在中国科学院量子信息重点实验室郭教授和邓广伟副研究员的指导下,该实验室的朱东、孔伟成、李与清华大学蒋凯里研究组的王新和合作完成了这一系列工作。

这一系列的工作得到了科技部、国家自然科学基金、中国农业科学院的支持。


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