本文選題：碳納米管　切入點：納米機械振子　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：近年來由于微納加工技術(shù)的成熟,人工納米結(jié)構(gòu)被廣泛的研究,人們積極探索各式各樣的納米材料的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和電磁性質(zhì),其中納米機械振子由于可以研究光和物質(zhì)的相互作用而受到重視。國際上的研究組在光子晶體機械振子和超導(dǎo)鋁膜鼓形電機械振子這兩個體系上報道了一系列基礎(chǔ)物理研究成果,例如:微米尺度的機械振子通過光或者微波冷卻到了宏觀量子力學(xué)基態(tài)和聲子模式壓縮態(tài)的產(chǎn)生等等。這些研究表明機械振子或者說聲子完全可以以量子化的形式參與到光和物質(zhì)的相互作用中去,類似于量子光學(xué)人們將聲子和物質(zhì)相互作用這門學(xué)科稱為量子聲學(xué)(Quantum Acoustics)。除了光子晶體機械振子和超導(dǎo)鋁膜鼓形機械振子外,由于低維材料的興起,人們還研究了一系列的機械振子,如石墨烯機械振子、碳納米管機械振子、WS2機械振子等等。這些種類的機械振子除了具有良好的基本性質(zhì)外,還可以用來研究磁場中的朗道能級、量子點量子比特與機械振動的耦合體系,這是單純的光機械系統(tǒng)所不具備的優(yōu)勢。另一方面,基于半導(dǎo)體量子點的量子計算由于現(xiàn)代成熟的半導(dǎo)體工藝技術(shù)而被人們看成是實現(xiàn)量子計算的有效體系之一。隨著操控的量子比特數(shù)目的增加,人們一直探索用超導(dǎo)微波腔來長程耦合半導(dǎo)體量子比特,并且取得了一些進展,但是目前還處于不成熟階段。比較微波光子和聲子,兩者都是波色子,不禁想到是否可以利用聲子腔來耦合量子比特,而聲子的載體剛好可以用納米機械振子來做。因此,我們開始從事基于碳納米管的電機械振子的研究并且取得了一系列的成果。本論文主要介紹以下內(nèi)容:1、較為詳細的介紹國際上納米機械振子這一領(lǐng)域的研究進展,包括光子晶體機械振子、超導(dǎo)鋁膜鼓形機械振子以及碳納米管機械振子等等。對于碳納米管量子點還介紹了最基本的概念。2、介紹了碳納米管機械振子樣品加工和超低溫測量中所用到的微納加工設(shè)備、低溫設(shè)備、以及電學(xué)測量儀器。結(jié)合實驗中用過的樣品詳細介紹了碳納米管機械振子的樣品加工流程和低溫測量方法。3、實驗研究了兩個串聯(lián)的機械振子之間耦合強度,通過測量碳納米管隧穿電流的方法,發(fā)現(xiàn)當機械振子的頻率調(diào)節(jié)到很接近時,兩個振子的振動發(fā)生了疊加,產(chǎn)生了頻率劈裂現(xiàn)象,表明到了強耦合區(qū)域。4、實驗發(fā)現(xiàn)碳納米管機械振子可以存在多種振動模式,前人報道了不同模式在振幅很大的非線性區(qū)域存在強耦合現(xiàn)象,我們在線性區(qū)域的小振幅情形通過外加泵浦微波的方式將兩個相互獨立的振動模式耦合起來了,并且達到了強耦合區(qū)域。5、實驗研究了相干操控聲子能量在機械振子的兩個不同聲子模式中的來回交換,實現(xiàn)了一個經(jīng)典的拉比振蕩過程,將機械振子的兩個模式類比成量子二能級系統(tǒng),則這個經(jīng)典拉比振蕩過程可以模擬量子的拉比振蕩。本論文主要創(chuàng)新點:1、首次在碳納米管體系上實現(xiàn)了近鄰的兩個振子的強耦合實驗。2、首次在碳納米管體系上在線性區(qū)域內(nèi)研究了不同模式間的動力學(xué)強耦合。3、在實現(xiàn)了模式間的動力學(xué)強耦合后,又在時域上操控機械振子實現(xiàn)了一個經(jīng)典的拉比振蕩過程,可以用來模擬量子二能級系統(tǒng)的拉比振蕩。
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【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.1;TQ127.11

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本文編號：1682453