Onderzoekers van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China hebben een sterke indirecte koppeling tussen verre fonon-modi bereikt door een derde resonator als fonon-holtemodus te introduceren. Het variëren van de resonantiefrequentie van de fonon-holtemodus, de koppelingssterkte tussen verre fononmodi kan continu worden afgestemd. De onderzoekers hebben een artikel gepubliceerd met de titel "Sterke indirecte koppeling tussen op grafeen gebaseerde mechanische resonatoren via een fononholte" in Natuurcommunicatie .

Met de voordelen van klein formaat, stabiliteit en hoogwaardige factoren, nanomechanische resonatoren worden beschouwd als een veelbelovende kandidaat voor het opslaan, het manipuleren en overdragen van informatie. Zowel klassieke als kwantuminformatie kan worden gecodeerd op fonontoestanden van mechanische resonatoren. Phonon-staten kunnen dergelijke informatie ook overdragen.

Het grootste probleem bij het gebruik van nanomechanische resonatoren als informatiedragers is het bereiken van afstembare fononinteractie op grote afstand. De meest gebruikelijke benadering is het gebruik van optische holtes of supergeleidende microgolfresonatoren als mediatoren. Echter, het verschil tussen resonantiefrequenties van mechanische resonatoren en optische holtes of microgolfresonatoren is te groot. Ook, het is moeilijk om een ​​sterk koppelingsregime te induceren omdat de koppelingssterkten daartussen relatief klein zijn.

Door te focussen op dit probleem, onderzoekers stelden voor om een ​​mechanische resonator te gebruiken om als fononholte te fungeren om de optische holte of microgolfresonator te vervangen. De resonantiefrequenties van fononholtes en mechanische resonatoren liggen in hetzelfde bereik. Dus, deze modi kunnen effectief worden gekoppeld. Eerder, de groep realiseerde een sterke koppeling tussen naburige mechanische resonatoren en coherente manipulatie van fonon-modi. Op basis van dit werk, de wetenschappers ontwierpen en fabriceerden een lineaire keten van drie op grafeen gebaseerde nanomechanische resonatoren, zoals weergegeven in Fig. 1.

Op dit apparaat, de resonantiefrequentie van elke resonator kan in een breed bereik worden afgestemd via lokale onderste metalen poorten, waardoor de onderzoekers de koppeling tussen resonatoren in verschillende frequentiebereiken konden moduleren. Ze observeerden de modussplitsing van elke naburige resonator, die sterk gekoppeld zijn. De resultaten vormen de basis voor de koppeling tussen de eerste en de derde resonator. Wanneer de resonantiefrequentie van de middenresonator dichtbij die van de zijresonatoren wordt afgestemd, high-mode splitsing kan worden waargenomen. Ze ontdekten dat de splitsing kan worden afgestemd via de resonantiefrequentie van de centrale resonator.

Dit fenomeen is vergelijkbaar met het Raman-proces in de optica. De centrumresonator kan worden beschouwd als een bemiddelende staat, de fonon-modi van zijresonatoren kunnen een effectieve koppeling bereiken via de uitwisseling van virtuele fononen met de bemiddelende toestand (figuur 1). Met behulp van het theoretische model van het optische Raman-proces, ze vonden de relatie tussen effectieve koppelsterkte en ontstemming. De experimentgegevens komen goed overeen met de theoretische resultaten.

De studie werpt licht op de studies van nanomechanische resonatoren. Met de ontwikkeling van de studies over koeling van fonontoestanden, dit werk vormt de basis voor opslag en overdracht van kwantuminformatie via fonon-modi.