電気機械システムは、従来の単モードセンサーを超えてセンシング能力を達成するために、電気、光学、機械的領域間のインタープレイを活用するハイブリッドデバイスの変革的なクラスを表しています。 光学キャビティと機械的共鳴器と電気的トランスデュースを統合することにより、これらのシステムは、力、変位、質量、および分野を量子限界の近くで検出することができます。 過去10年間に、ナノファブリケーション、材料、量子および量子測定器などの分析装置が急速に進歩し、将来の検査装置は、将来の検査装置と分析装置を分析し、分析装置を分析し、分析装置を分析し、分析します。

電産学的カップリングの原則

電動機動器システムの中心は、機械式にカンチレバー、膜、またはマイクロディスクの典型的な機械式共振器です。これは、力、加速、または質量ローディングなどの外部刺激に対する振動です。機械式の動きは、同時に、光学キャビティ(例えば、Fabry-PérotまたはWisspering-galleryモード共振器)と電気回路(多くの場合、トランスファクシリティまたはプレゾン測定器)と、および電気回路(偏光器または偏光子)の両方に結合され、測定器を低減し、測定器を効率性測定することができます。

性能を定義するキーメトリックには、機械的品質係数(]]Q[] m)、光学カップリング率(g OM]、電気的読み出しノイズフロアが含まれます。 近代的なデザインはQ]] m値は、低温環境および光学式共鳴( OM)、および電気的読み出しノイズフロアに107を超える[FLT][FLT] m]を[FLT]と[FLT]の面積は、および[F][FLT]の面積は、および[F]の面積は、および[FLTは、[F][F]は、および[FLTは、および[F]は、[F]は、および[F]は、[FLTは、および[F]は、[F]は、[F]は、[F]は、[F]は、[F]は、[FLTは、[F]は、[F]は、[F]は、

コアコンポーネントとアーキテクチャ

エレクトロ・オプトメカニカル・システムは、慎重に設計されたコンポーネントのスイートから構築されています。 以下では、プライマリ・ビルディング・ブロックとその役割を説明します。

機械共振器

機械共振器は、ミクロンスケールのカンチレバーとドーブリンによって形成されるビームからナノスケールの弦とドラムヘッドまでの範囲です。材料の選択には、単一結晶シリコン、窒化ケイ素(SiN)、ダイヤモンド、およびIII-V半導体が含まれます。高強度SiN膜は、室温で107を超えることができる、その例外的な機械的品質要因のために特に人気があります。センシング用途では、レゾネータは、ターゲットをターゲットにするために、例えば、高濃度の衝撃性または高濃度の抵抗性を最大にするために設計する必要があります。

光学キャビティ

光キャビティは光と機械的要素間の相互作用を高めます。 一般的なアーキテクチャには、次のものが含まれます。

  • []Fabry-Pérot cavities[]]]は、鏡と機械膜(膜-in--the-middle幾何学)の間で形成されます。
  • []Whispering-galleryモード(WGM)マイクロレソナイザー(マイクロトロイド、マイクロスフィア、またはマイクロディスク)が、光が周囲と隣接する機械要素に多岐にわたるカップルに沿って循環する。
  • 光をサブ波長の音量に合わせたフォトニッククリスタルキャビティは、超強度の光電カップリングを可能にします。

光ファイネス(]F])は、直接感度に影響します。 状態--アールのキャビティは105を超えるフィンセを達成し、10-18 m/√Hzの下の変位感に翻訳します。

電気インターフェイス

電気コンポーネントは、作動および読み出しを提供します。 静電トランスデューサー(線断線電極、平行板)は、低ノイズ変位検出に共通しています。 圧電層(例えば、AlN、PZT)は、共振器に統合され、効率的な作動と緊張感を可能にします。 過伝導マイクロ波回路は、パラメトリックドライブを介して量子制限増幅を達成するためにも採用されています。 電気インターフェイスは、調整または騒音を抑制することができます(ループ)。

最近のパフォーマンスを感知するブレークスルー

過去数年間、著名なマイルストーンを目撃しました。研究者は、強制感度が10〜20 N / √Hzよりも優れたことを実証しました。SiNナノビームは、低温で、反応の蒸発技術を介して標準的な量子限界を超える。質量センシングは、ゼプグラム(10〜21 g)の領域に達し、単一のタンパク質またはナノ粒子の検出を可能にします。1.5×10〜18μμμμμμmの変位感度は、シリコン-光学系と光度を合わせ、光度を合わせた光度を補正します。

特にエキサイティングな開発は、強化された干渉感度のために活用することができる遅い-光と調整可能な遅延ラインを実現する[]のoptomechanical誘発透明性(OMIT)]の使用です。さらに、光学と電気的読み取りの組合せは、単一のデバイスで、いわゆる「electro-optomechanicaltransduction」と呼ばれ、光学経路がブロックされる環境での動作を有効にしました(電子チャンネルに依存)。

用途例

生物的および医学の検出

電動機・光学式センサーは、生体検出の優れた感度を提供します。抗体やアプタマーと機能する機械共振器は、生体マーカーの単一のコピーをリアルタイムに検出し、早期癌診断やウイルス負荷監視の可能性を秘めることができます。オプトメカニカルプラットフォームは、分子モーター(例えば、キネシン、ミオシン)によって生成された力を測定し、細胞の粘着力を測定するために使用され、細胞の粘着力学的動態を研究する。低電力要求と足の低減は、Ze-F-F-Streamerのチップを最適化します。

環境モニタリング

電気光学系は、温度、圧力、湿度、化学組成の微細な変化を検知できます。膜系光学式圧力センサーは、大気科学および真空診断に有用なサブ‐Paの分解能を達成しました。光測定器を用いた赤外線吸収分光法は、機械的要素が敏感な温度計として機能する場合には、部品内の微分ガスを識別できるため、部品内の微分濃度測定値が確認されています。これらのセンサは、気候監視ネットワークや産業排出制御のために開発されています。[F]は、0.1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜1〜

基礎物理学研究

電気光学系は量子の力学および重力をテストするための強力なツールです。それらは機械振動子のマクロスコピック・シュロディンダー・キャットの状態を作成するのに使用され、暗事(アキション、隠されたフォトン)の検索、および波機能の崩壊をテストします。オプトメカニカル・インターフェイスはまたマイクロ波と光学光子間の量子のトランスダクションを可能にし、将来の量子ネットワークのための重要なコンポーネント。 KLT] 電子機器の電磁石器[F]は、ナノレベルの電子式デバイスに使用されます。[F]

チャレンジと未来の方向性

急速な進歩にもかかわらず、いくつかの課題は残っています。 温度騒音は室温で制限要因であり、高度なフィードバック冷却または低温環境での動作を必要とする。 光学キャビティと機械式共鳴のための製造耐性は、高い収量と再現性を達成するために固化する必要があります。 犠牲的なパフォーマンスなしで、単一のチップ上の光学および電気コンポーネントの統合 - シリコン - 絶縁体(SOI)やリチウム ニオブ などのプラットフォームを使用して、研究のアクティブな領域である - 窒化物は、約束を示す。

将来的には、分散型センシングネットワーク「」の配列「エレクトロ・オプトメカニカル・センサー」の開発、(])セルフ・キャリブレーション・デバイス」の配列をオン・チップ・リファレンス・基準に使用し、ハイブリッド・システム]をスピン・ベース・センサ(ダイヤモンドのNVセンター)と組み合わせて、さらには、シリコン・レジスト・レジスト・マテリアル(Scalt)を増量・量産化)、さらには、量産用材料(Scalt)を増量(Scalt)、量産化)、量産化)、量産化)、量産化、量産化(Scalt(Scalt(Scalt(S)、およびS)、およびS)、およびS)、Scalt(S(Scalt(S)、S(S(S)、S(S)、S)、S(S(S)、S(S)、S)、S(S(S(S(S)

コンテンツ

エレクトロ・オプトメカニカル・システムは、複数の領域にわたってセンシングを強化するための多様で強力なプラットフォームとして生まれています。 エレガントに光、機械的、電気的自由度を融合することで、測定科学の限界に挑戦する感性を実現します。 マテリアル、製造、量子制御の継続的な革新により、これらのシステムをラボから実際のアプリケーションに持ち込むようになり、超精密なバイオ分子アッセイから量子まで、ナビゲーション・フィールドにまで、あらゆるものが活用できます。 次世代のテクノロジーが、次世代のテクノロジーを加速する次世代のテクノロジーが、次世代の未来へと導くことを約束します。