近期,安徽大學物理與光電工程學院姜宇軒教授與德國康斯坦茨大學Elke Scheer教授合作,首次在薄膜諧振器的邊帶效應中觀測到了反諧振現(xiàn)象,為表征擠壓效應提供了新手段。相關研究成果以“Mechanically Modulated Sideband and Squeezing Effects of Membrane Resonators”為題, 發(fā)表于物理學頂級期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters),并被選為編輯推薦文章(Editors’ Suggestion)。安徽大學姜宇軒教授與德國康斯坦茨大學Elke Scheer教授為文章共同通訊作者。
由于微納薄膜諧振器對于系統(tǒng)所處的環(huán)境變化具有非常高的靈敏度,因此被廣泛應用在質量、電荷以及加速度等探測器上。然而,隨著靈敏度的提高,環(huán)境的隨機擾動也限制了其探測分辨率的進一步提高。擠壓效應(Squeezing Effect)可以通過轉移觀測量的一部分擾動到其共軛量上(比如位置與速度),從而突破這一限制。目前,人們主要通過體系在隨機擾動下相空間中的分布來研究擠壓效應,但這種方法通常要求極端的實驗條件,比如極低溫、超真空等,因此在普通環(huán)境中非常難以實現(xiàn)。
研究團隊對此提出了一種全新的表征手段,可以避免相空間法的苛刻要求。當薄膜諧振器被驅動在非線性區(qū)域時,假如同時對其本征模態(tài)以一定的頻率進行調制,那么在距離驅動頻率左右兩邊相同調制頻率的位置上會出現(xiàn)新的頻率響應(即邊帶)。如圖(a)所示,通過測量不同調制頻率下的邊帶響應,研究團隊發(fā)現(xiàn)在某個特殊頻率下(即圖(a)中M點),低頻區(qū)域的邊帶會被嚴重的壓制,而高頻區(qū)域的邊帶則基本不受影響,形成了反諧振效應。理論研究發(fā)現(xiàn),利用此時的調制頻率,頻移和阻尼進行簡單地計算,即可以非常方便地表征體系中的擠壓效應,避免了相空間法的限制。此外,如圖(b)中所示,通過調節(jié)驅動力的大小以及頻率,可以對擠壓效應以及反諧振效應進行調控。該項研究不僅為表征擠壓效應提供了簡單易行的新手段,同時還為邊帶效應的應用提供了新的思路。
圖:a. 不同調制頻率下的邊帶效應的重疊效果圖,其中不同顏色對應的是不同的調制頻率,
M點標記的是反諧振效應出現(xiàn)的頻率與強度。
b. 通過驅動力的大小以及驅動頻率來調控反諧振效應的頻率與強度。
原文鏈接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.184301
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