.From Tuning Forks to Quantum Sensing: How Nanomechanical Resonators Are Transforming Technology

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.From Tuning Forks to Quantum Sensing: How Nanomechanical Resonators Are Transforming Technology

튜닝 포크에서 양자 감지까지: 나노기계 공진기가 기술을 어떻게 변화시키고 있는가

압전 재료의 삼각형 나노 기계 공진기

Chalmers University of Technology 제공2024년 11월 7일

압전 재료의 삼각형 나노 기계 공진기 이 이미지는 압전 재료로 구현된 삼각형 나노기계 공진기의 그림을 보여줍니다. 공진기의 중앙 부분은 위아래로 움직이는 삼각형 모양이며 동시에 레이저 빔을 반사하는 거울 역할을 합니다. 공진기는 삼각형의 움직임으로 인한 기계적 에너지 손실을 최소화하기 위해 분기된 얇은 고정줄에 의해 매달려 있습니다. 출처: Chalmers University of Technology, Boid

정확한 주파수로 진동하는 도구인 기계적 공진기는 시간이 지남에 따라 극적으로 발전했습니다. 이제 마이크로 및 나노 크기로 축소된 이러한 공진기는 더 높은 주파수와 향상된 감도에 도달합니다. 이러한 진전은 양자 물리학에 대한 상당한 관심으로 이어졌고, 연구자들은 공진기를 사용하여 미세한 힘이나 질량 변화를 측정할 수 있는 잠재력을 탐구하고 있습니다.

과학자들은 양자 상태를 활용하여 공진기 감도를 더욱 높이고, 더 정확한 측정과 양자 기술에서 흥미로운 가능성으로의 문을 열기를 바라고 있습니다. 기계적 공진기는 수세기 동안 다양한 응용 분야에서 필수적인 도구였으며, 주로 특정 주파수에서 진동할 수 있는 능력 때문입니다.

친숙한 예로는 튜닝 포크가 있는데, 튜닝 포크를 치면 공명 주파수에서 진동하여 인간의 청각 범위 내에서 음파를 생성합니다. 미세 가공의 발전으로 연구자들은 이러한 공진기를 마이크로 및 나노 스케일 크기 로 축소하는 데 성공했습니다 . 이러한 더 작은 스케일에서 공진기는 훨씬 더 높은 주파수에서 진동하고 더 큰 공진기보다 훨씬 더 높은 감도를 달성합니다.

위틀레프 비에초렉

위틀레프 비에초렉 Witlef Wieczorek, Chalmers University of Technology의 미시기술 및 나노과학과 물리학 교수. 출처: Chalmers University of Technology, Markus Marcetic

마이크로 제조 및 양자 잠재력의 발전 "이러한 특성으로 인해 미세한 힘이나 질량 변화를 감지하는 것과 같은 정밀 실험에 유용합니다. 최근 나노기계 공진기는 양자 기술에서의 잠재적인 사용으로 인해 양자 물리학자들 사이에서 상당한 관심을 불러일으켰습니다. 예를 들어, 양자 운동 상태를 사용하면 나노기계 공진기의 감도가 더욱 향상될 것입니다." 찰머스 공과대학 물리학 교수이자 이 연구의 프로젝트 리더인 위틀레프 비에초렉이 말했습니다.

이러한 응용 분야에 대한 일반적인 요구 사항은 나노기계 공진기가 에너지를 잃지 않고 장시간 진동을 유지해야 한다는 것입니다. 이 능력은 기계적 품질 계수로 정량화됩니다. 큰 기계적 품질 계수는 또한 공진기가 향상된 감도를 나타내고 양자 운동 상태가 더 오래 지속됨을 의미합니다.

이러한 특성은 감지 및 양자 기술 응용 분야에서 매우 많이 요구됩니다. 실리콘 질화물의 과제 성능이 가장 좋은 나노기계 공진기의 대부분은 뛰어난 기계적 품질로 알려진 재료인 인장 변형 실리콘 질화물로 만들어집니다. 그러나 실리콘 질화물은 다른 측면에서 매우 "지루합니다". 전기를 전도하지 않고 자기적이거나 압전적이지 않습니다. 이러한 제한은 나노기계 공진기를 다른 시스템에 대한 현장 제어 또는 인터페이싱이 필요한 응용 분야에서 장애물이 되었습니다.

이러한 요구 사항을 해결하려면 실리콘 질화물 위에 기능성 재료를 추가해야 합니다. 그러나 이러한 추가는 기계적 품질 계수를 감소시키는 경향이 있어 공진기의 성능을 제한합니다.

아나스타시아 시어스

아나스타시아 시어스 Anastasiia Ciers, Chalmers University of Technology의 미시기술 및 나노과학부 양자기술 연구 전문가. 출처: Chalmers University of Technology, Alena Rozhdestvina

알루미늄 질화물로 혁신을 이루다

이제 독일 칼머스 공과대학과 마그데부르크 대학의 연구자들은 높은 기계적 품질 계수를 유지하는 압전 소재인 인장 변형 알루미늄 질화물로 만든 나노기계 공진기를 개발하면서 큰 진전을 이루었습니다. "압전 재료는 기계적 운동을 전기 신호로 변환하고 그 반대도 가능합니다. 이는 감지 응용 분야에서 나노기계 공진기의 직접 판독 및 제어에 사용할 수 있습니다.

또한 기계적 및 전기적 자유도의 인터페이싱에도 사용할 수 있으며, 이는 양자 영역까지 정보 전달에 관련이 있습니다." Chalmers의 양자 기술 연구 전문가이자 Advanced Materials에 게재된 연구의 주저자인 Anastasiia Ciers의 말입니다. 고품질 요인 및 미래 목표 알루미늄 질화물 공진기는 1,000만이 넘는 품질 계수를 달성했습니다. Witlef Wieczorek은 "이것은 인장 변형 알루미늄 질화물이 양자 센서 또는 양자 변환기를 위한 강력한 신소재 플랫폼이 될 수 있음을 시사한다"고 말했습니다. 연구자들은 현재 두 가지 주요 목표를 가지고 있습니다. 첫째, 소자의 품질 계수를 더욱 개선하고, 둘째, 압전성을 양자 감지 응용 분야에 활용할 수 있는 현실적인 나노기계 공진기 설계를 연구하는 것입니다.

참고문헌: Anastasiia Ciers, Alexander Jung, Joachim Ciers, Laurentius Radit Nindito, Hannes Pfeifer, Armin Dadgar, André Strittmatter 및 Witlef Wieczorek의 "양자 광전기 기계학을 위한 고품질 인자를 갖춘 나노기계적 결정질 AlN 공진기", 2024년 9월 17일, Advanced Materials . DOI: 10.1002/adma.202403155 자금 지원: Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Wallenberg 양자 기술 센터, Vetenskapsrådet, Marie Sklodowska-Curie Actions, Knut 및 Alice Wallenberg 재단 아카데미 연구원, QuantERA 프로젝트 CMonQSens!

https://scitechdaily.com/from-tuning-forks-to-quantum-sensing-how-nanomechanical-resonators-are-transforming-technology/

mssoms
메모 2411080250, 소스1.분석1._[n】

1.
정확한 주파수로 진동하는 도구인 기계적 공진기는 시간이 지남에 따라 극적으로 발전했다. 이제 마이크로 및 나노 크기로 축소된 이러한 공진기는 더 높은 주파수와 향상된 감도에 도달한다. 소리굽쇠, 튜닝 포크를 치면 공명 주파수에서 진동하여 인간의 청각 범위 내에서 음파를 생성한다.

이러한 진전은 양자 물리학에 대한 상당한 관심으로 이어졌고, 연구자들은 [1]공진기를 사용하여 미세한 힘이나 질량 변화를 측정할 수 있는 잠재력]을 탐구하고 있다. 과학자들은 양자 상태를 활용하여 공진기 감도를 더욱 높이고, 더 정확한 측정과 양자 기술에서 흥미로운 가능성으로의 문을 열기를 바라고 있다.

_[1】공진기는 진동이 같은 주파수를 만들어내는 기계적 개념이다. 유리잔들의 공명으로 깨지는 현상은 공진의 주파수의 힘을 더 높일 수 있다는 뜻이다. 이는 msbase의 수많은 배열이 같은 값을 가지는 magicsum과 같다. 그러면 그곳에 소리굽쇠의 공명현상은 작은 주파수들이 모여서 큰 힘(음파)을 만들어낸다.
그리고 msbase.qpeooms가 더 커지면 동일한 주파수 동일한 값을 나타내는 소리굽쇠가 많아지는 것 처럼 더 탁월한 감지능력을 나타낼 수 있다. 어허.

2.
기계적 공진기는 수세기 동안 다양한 응용 분야에서 필수적인 도구였으며, 주로 특정 주파수에서 진동할 수 있는 능력 때문이다. 친숙한 예로는 튜닝 포크가 있는데, 튜닝 포크를 치면 공명 주파수에서 진동하여 인간의 청각 범위 내에서 음파를 생성한다.

미세 가공의 발전으로 연구자들은 이러한 [2]공진기를 마이크로 및 나노 스케일 크기로 축소]하는 데 성공했다 . 이러한 더 작은 스케일에서 공진기는 훨씬 더 높은 주파수에서 진동하고 더 큰 공진기보다 훨씬 더 높은 감도를 달성한다.

_[2】작은 범위의 나노픽셀내에 엄청난 msbase 튜닝 포크가 존재할 수 있다. 물론 더 작은 ems 격자가 존재한다. 이곳에서 msbase.nk2가 나타나면 qpeoms은 초고속으로 튜닝포크을 울리며 순식간이 nk2에 중첩된 주파수1들이 태산을 이룬다. 미세한 말굽쇠가 공명으로 인하여 높은 주파수의 음파를 비로소 가지게 된다. 어허.

우주의 시작점에서 온 기묘한 윙윙거림을 야기한 '중입자 음향 진동(baryon acoustic oscillations, 이하 BAO)'이라고 불리는 태고 음파는 초기 우주에서 입자들이 중력에 의해 서로를 끌어당기기 시작했다. 이것이 mabase.galaxy의 시작이다. 작은 점에서 거대한 공진의 소리를 가진 magicsum 우주가 탄생되는 순간이다. 어허.

No photo description available.

mssoms
Note 2411080250, Source1. Analysis1._[n]

1.
Mechanical resonators, instruments that vibrate at precise frequencies, have advanced dramatically over time. Now scaled down to micro and nano sizes, these resonators reach higher frequencies and improved sensitivity. When struck, a tuning fork or tuning fork vibrates at its resonant frequency, producing sound waves within the range of human hearing.

This progress has led to significant interest in quantum physics, and researchers are exploring the [1]potential of using resonators to measure minute changes in force or mass. Scientists hope to use quantum states to further increase the sensitivity of resonators, opening the door to more precise measurements and exciting possibilities in quantum technology.

_[1]A resonator is a mechanical concept in which vibrations produce the same frequency. The phenomenon of glasses breaking into resonance means that the power of the resonant frequency can be increased. This is like magicsum, where many arrays of msbase have the same value. Then, the resonance phenomenon of the tuning fork there is a large force (sound wave) generated by small frequencies coming together.
And as the msbase.qpeooms increases, it can exhibit more excellent detection ability, just like the number of tuning forks that show the same frequency and the same value increases. Oh.

2.
Mechanical resonators have been essential tools in various applications for centuries, mainly because of their ability to vibrate at a specific frequency. A familiar example is the tuning fork, which vibrates at its resonant frequency when struck, generating sound waves within the range of human hearing.

With the advancement of microfabrication, researchers have succeeded in shrinking these [2] resonators to micro and nano scales. At these smaller scales, the resonators vibrate at much higher frequencies and achieve much higher sensitivity than larger resonators.

_[2] A huge msbase tuning fork can exist within a small nanopixel. Of course, there are smaller ems gratings. Here, when msbase.nk2 appears, qpeoms sounds the tuning fork at high speed, and in an instant, the frequencies 1 superimposed on nk2 form a mountain. The tiny horseshoe finally has a high-frequency sound wave due to resonance. Oh my.

The primordial sound wave called 'baryon acoustic oscillations (BAO)' that caused the strange buzzing from the beginning of the universe was when particles in the early universe began to attract each other by gravity. This is the beginning of mabase.galaxy. It is the moment when the magicsum universe with the sound of a huge resonance from a small point is born. Oh my.

sample qoms (standard)
0000000011=2,0
0000001100
0000001100
0000010010
0001100000
0101000000
0010010000
0100100000
2000000000
0010000001

sample pms (standard)
q0000000000
00q00000000
0000q000000
000000q0000
00000000q00
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0000000q000
000000000q0

Sample msoss
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzz
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca