使用纳米运动的热波动测量高精度挤压

用于增加驱动力的振动纳米型（下图像插入件）的频谱中的“卫星”。上部（绿色）和较低（蓝色）卫星的不同亮度编码挤压的强度（上部图像插入件）。

科恩斯坦大学物理系的科学家开发了一种全新的测量挤压方法 - 一种高精度传感器技术的潜在起点。

“挤压”在物理学中使用，以及其他事情，以改善测量仪器的分辨率。它允许在可以更灵敏地检测到较小信号的方式抑制令人不安的噪声。由物理学家领导的团队康斯坦茨大学的Eva Weig教授现在已经能够以比现有方法更简单地衡量这种挤压状态如何。此外，新方法允许在不可能的系统中检查挤压状态。结果在当前的日志物理审查X的目前发表。

挤压纳米型的热量波动

在由EVA Weig引导的纳米力学组的实验中，挤压振动纳米力学串谐振器的热波动。纳米型可以被认为是一个小吉他弦，稍微稀释，比人的头发短。纳米机械系统，如纳米型在调查下是高精度测量仪器的承诺候选人。然而，它们的敏感性在室温下自然限制。热能导致热噪声，串的颤抖，这限制了测量精度。该系统在室温下不受控制的振动是基于热力学ectipartition定理，古典物理学的基本原理。因此，在所谓的相空间的每个方向上，热噪声必须同等大，即形成圆形分布。

“事先理论上已知这将是必须发生的，但它从未以这种清晰度衡量，因为它是一个相对微妙的效果” - 康斯坦斯大学的物理学家伊娃·威格教授

Eva Weig和她的博士生Jana Huber在这种热噪声之上增加了强大的驱动器。这样绳子很难击中。如果字符串足够偏转，则它不再表现为线性。这意味着偏转字符串的力不再与将其拉回其原始位置的力成比例。由于违反时间反转对称性，强大的驱动器改变了热波动。在阶段空间中，它们不再看起来像一个圆圈，但像椭圆一样：至少在一个方向上，其直径，即噪声，变得明显较小 - 它被挤压。“事先已经知道这意味着这将是必须发生的，但它从未以这种清晰度衡量，因为它是一种相对微妙的效果，”Eva Weig解释道。

令人不安的因素

然而，直接在阶段空间中映射挤压状态的方法并不总是有效。这也适用于Konstanz研究人员研究的纳米复杂。虽然传统的吉他弦，一旦拔出，就在再次下降之前只会摇摆，只有几百次，纳米过度振动超过300,000次。然而，这种高“机械质量”也使得弦对扰动非常敏感，例如最小的温度波动。在这些系统中，不可能测量挤压状态作为椭圆上的椭圆。

因此，Jana Huber正在追求不同的概念。在整个相位空间中没有检查噪声，而是仅在频谱上解析，即根据其中发生的频率。除了驱动频率之外，光谱还示出了两个进一步的频率分量，一个到左侧和驱动器的右侧，其被分配给热噪声。理论物理学家Gianluca Rastelli博士和康斯坦茨大学的沃尔夫冈·贝尔齐格教授来自密歇根州立大学（美国），他还参与了这项工作，预测了这种进一步频率的恰当。“但是没有人见过如此美妙地。这与我们的机械质量如此之高的事实使我们能够用晶体清晰来解决它，“Eva Weig说。

因此，也是第一次可以看到这两个卫星信号的高度不同。与Gianluca Rastelli密切合作，Jana Huber能够表明这两种卫星之间的强度差异 - 两个卫星信号下的区域的比率 - 是挤压参数的直接测量，即噪音的强烈挤压。

“根本简单”

“彻底简单”是物理学家eva Weig和Mark Dykman称之为，该方法呼吁在这里，这种方法挤压在这里的机械系统中，而是在各种各样的系统上 - 关键的东西是它们的高品质，并且有一个强大的驱动器。甚至存在Quantum机械系统的链接。

此外，随着EVA Weig和Wolfgang Belzig一致强调，存在“实验与理论之间的迷人一致性”。测量数据适合科斯坦茨理论物理同事和密歇根州立大学的理论物理同事开发的模型。

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参考：“通过J.S.挤压弱阻尼的驱动纳米力学模式的光谱证据” Huber，G.Rastelli，M.J.Seitner，J.Kölbl，W.Belzig，M.I.达克曼和e.m.Weig，6月23日2020年6月23日，物理评论x.doi：
10.1103 / physrevx.10.021066

欧洲FET主动项目热（732894），德国联邦教育和研究部（BMBF）作为Quantersera项目Quasert（13n14777）的一部分，以及在大学的协作研究中心SFB 767“受控纳米系统” Konstanz。Mark Dykman的研究由国家科学基金会资助（授予№DMR-1806473）。他是科肯斯大学Zukunftskolleg的高级研究员。