一种通过声子相干性进行精密测量的方法与装置

1.本发明涉及到量子信息、精密测量、微纳机电系统等技术领域，具体为一种通过相干性进行精密测量的方法与装置。


背景技术：

2.随着人们对精度要求的越来越高，日常的测量工具已经不能满足某些应用场合的高精度需求，开发出高精度、高灵敏度的测量工具以进行精密测量一种是一个的发展方向。近几十年中，人们对于微纳机电系统的研究逐渐由单一的器件和振动模式过渡到动态特性的研究，得意于近些年成熟的微纳加工制造工艺，对于机械谐振器之间的模式耦合研究也引起了越来越广泛的关注。石墨烯、碳纳米管作为具有优良电学、光学及机械特性的低维材料，有广泛的应用前景。本发明提供一种通过声子相干性进行精密测量的方法与装置，对于两个串联的机械振子而言，调节谐振频率，使二者发生强耦合，通过微波驱动能量较低的机械振子，使系统产生拉比振荡，不同微波驱动强度会导致拉比振荡时间的改变。在实际的应用中，泵浦微波能量由外界环境或参数的改变提供，微小能量改变所表现出来的是拉比振荡时间的明显改变，从而实现系统的精密测量。
3.在实际的应用中，泵浦能量由外界环境或参数的改变提供，其能量大小能够导致相干时间的改变，以此实现精密测量。


技术实现要素：

4.鉴于现有技术的不足之处，本发明旨在提供一种通过声子相干性进行精密测量的方法与装置。
5.为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
6.一种通过声子相干性进行精密测量的装置，包括两个机械振子，每个机械振子包括硅衬底4，硅衬底4内部的凹槽，每个凹槽底部的栅极3，凹槽顶部两端设有源漏接触电极2，两个机械振子共用中间的一个源漏接触电极2、且共用同一悬浮低维材料，所述悬浮低维材料包括固定于源漏接触电极2上的两端平直段、以及悬浮于两个凹槽上方的中部悬浮段；
7.对机械振子的栅极同时施加直流电压、驱动微波和参量泵浦微波，通过源漏接触电极监测流过的电流；直流电压的施加会引起材料受到的静电力的改变，进而悬浮低维材料内部张力发生改变，谐振频率随之变化；栅极直流电压的改变起到控制两个机械振子之间的谐振频率差的作用，通过调节谐振频率，使两个机械振子发生强耦合；
8.驱动两个机械振子中能量较低(f2)的机械振子，使系统产生拉比振荡，不同微波驱动强度会导致拉比振荡时间的改变。
9.作为优选方式，悬浮低维材料选自石墨烯、碳纳米管其中一种。
10.作为优选方式，通过微波驱动两个机械振子中能量较低的机械振子。
11.作为优选方式，由外界环境或参数的改变提供泵浦微波能量。
12.本发明还提供一种通过声子相干性进行精密测量的方法，使用上述的装置，其特
征在于：对机械振子的栅极同时施加直流电压、驱动微波和参量泵浦微波，通过源漏接触电极监测流过的电流；直流电压的施加会引起材料受到的静电力的改变，进而悬浮低维材料内部张力发生改变，谐振频率随之变化；栅极直流电压的改变起到控制两个机械振子之间的谐振频率差的作用，通过调节谐振频率，使二者发生强耦合；
13.通过对谐振频率低(f2)的机械振子施加频率为
△
f的驱动微波，系统在两个本征模式之间产生一段持续时间的拉比振荡。同时，不同微波驱动强度会导致拉比振荡时间的改变。通过调节栅极电压可以使得机械振子中谐振模式的能量差很小，在实际的应用中，泵浦微波能量由外界环境或参数的改变提供，因此极其微小的能量驱动即可实现振子在高模态和低模态之间的拉比振荡，微小能量改变所表现出来的是拉比振荡时间的明显改变，从而实现系统的精密测量。
14.本发明的有益效果为：相比于其他方法及装置，本发明所述通过声子相干性进行精密测量的方法与装置具有尺寸小、质量轻、灵敏度高等优点，通过调节栅极电压起到耦合不同机械振子的作用，通过对谐振频率稍低的机械振子施加频率为
△
f的驱动微波，系统在两个谐振模式之间产生一段持续时间的拉比振荡，不同微波驱动强度会导致拉比振荡时间的改变。在实际的应用中，泵浦微波能量由外界环境或参数的改变提供，从而实现系统的精密测量。相比于其他测量装置，本发明所述利用利用声子相干性进行测量的方法，有望在灵敏度测量、质量位移传感器等领域中有重要应用。
附图说明
15.图1为本发明通过声子相干性进行精密测量的装置的结构示意图。
16.图2为本发明两个机械振子的强耦合示意图。f1、f2表示两个机械振子的谐振频率，且f1》f2；vg表示施加的栅极电压。
17.图3为本发明不同泵浦能量下的拉比振荡示意图。a为较小泵浦能量下的拉比振荡示意图，b为较大泵浦能量下的拉比振荡示意图。t表示时间；v表示振幅。
18.1为悬浮低维材料，2为源漏接触电极，3为栅极，4为硅衬底。
具体实施方式
19.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
20.下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
21.实施例1
22.本实施例提供一种通过声子相干性进行精密测量的方法，包括两个碳纳米管机械振子，每个机械振子包括硅衬底4，硅衬底4内部的凹槽，每个凹槽底部的栅极3，凹槽顶部两端设有源漏接触电极2，两个机械振子共用中间的一个源漏接触电极2、且共用同一悬浮碳纳米管，所述悬浮碳纳米管包括固定于源漏接触电极2上的两端平直段、以及悬浮于两个凹槽上方的中部悬浮段；
23.碳纳米管机械振子包括：硅衬底、衬底上周期性排列的电极及悬浮于其上的碳纳
米管。电极阵列由栅极与源漏接触电极相间呈周期性平行排列，碳纳米管由化学气相沉积技术生长出来，利用显微操作技术拉出碳纳米管，并悬浮于预先制备的源漏电极之上，最终得到碳纳米管机械振子，如图1所示。
24.本实施例还提供一种通过声子相干性进行精密测量的方法，使用上述的装置，其为：对碳纳米管机械振子的栅极同时施加直流电压、驱动微波和参量泵浦微波，通过源漏接触电极监测流过的电流；直流电压的施加会引起材料受到的静电力的改变，进而悬浮低维材料内部张力发生改变，谐振频率随之变化；栅极直流电压的改变起到控制两个机械振子之间的谐振频率差的作用，通过调节谐振频率，使二者发生强耦合，如图2所示；其内部能量略有不同，谐振频率较高(f1)的谐振模式内部能量稍高。
25.驱动两个机械振子中能量较低(f2)的机械振子，使系统产生拉比振荡，不同微波驱动强度会导致拉比振荡时间的改变。具体地，通过对谐振频率稍低的机械振子施加频率为
△
f的驱动微波，系统在两个本征模式之间产生一段持续时间的拉比振荡，当振幅衰减到初始振幅(v0)的一半时，表示拉比振荡结束。同时，不同微波驱动强度会导致拉比振荡时间的改变，如图3a、b所示，其中a表示较小泵浦能量下的拉比振荡，当泵浦能量增大后，振幅衰减速率增大，拉比振荡时间缩短。通过调节栅极电压可以使得两个碳纳米管机械振子中谐振模式的能量差很小，在其他实施例中，由外界环境或参数的改变提供泵浦微波能量。因此极其微小的能量驱动即可实现振子在高模态和低模态之间的拉比振荡，微小能量改变所表现出来的是拉比振荡时间的明显改变，从而实现系统的精密测量。
26.在其他实施例中，悬浮低维材料选自石墨烯。
27.在其他实施例中，由外界环境或参数的改变提供泵浦微波能量。
28.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。