Nano-acoustic resonator with ultralong phonon lifetime

谐振器 声子 材料科学 光电子学 带隙 微波食品加热 表面声子 光学 凝聚态物理 物理 量子力学
作者
Gregory S. MacCabe,Hengjiang Ren,Jie Luo,Justin D. Cohen,Hengyun Zhou,Alp Sipahigil,Mohammad Mirhosseini,Oskar Painter
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:370 (6518): 840-843 被引量:226
标识
DOI:10.1126/science.abc7312
摘要

We present measurements at millikelvin temperatures of the microwave-frequency acoustic properties of a crystalline silicon nanobeam cavity incorporating a phononic bandgap clamping structure for acoustic confinement. Utilizing pulsed laser light to excite a co-localized optical mode of the nanobeam cavity, we measure the dynamics of cavity acoustic modes with single-phonon sensitivity. Energy ringdown measurements for the fundamental $5$~GHz acoustic mode of the cavity shows an exponential increase in phonon lifetime versus number of periods in the phononic bandgap shield, increasing up to $\tau \approx 1.5$~seconds. This ultralong lifetime, corresponding to an effective phonon propagation length of several kilometers, is found to be consistent with damping from non-resonant two-level system defects on the surface of the silicon device. Potential applications of these ultra-coherent nanoscale mechanical resonators range from tests of various collapse models of quantum mechanics to miniature quantum memory elements in hybrid superconducting quantum circuits.

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