Phase noise in a Duffing oscillator induced by quantum turbulence
Phase noise in a Duffing oscillator induced by quantum turbulence
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量子湍流引起的杜芬振荡器中的相位噪声
DOI：
10.1103/physrevb.106.094502
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发表时间：
2022
影响因子：
3.7
通讯作者：
Chan, H. B.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Barquist, C. S.;Jiang, W. G.;Gunther, K.;Lee, Y.;Chan, H. B.
我们报告了超低温下超流体中的量子湍流和量子涡度对非线性微机电系统（MEMS）谐振器的影响的全面研究，该谐振器对量子湍流的涨落特别敏感。我们观察到，存在湍流时 MEMS 的相位噪声显着增加，而幅度通道中的噪声相比而言可以忽略不计。我们根据固定在设备上的涡流数量的波动制定了一个模型，以解释观察到的噪声。我们还提供了噪声统计和功率谱的测量结果，提供了对超量子领域中微米级涡流耗散机制的深入了解。 MEMS振荡器的高度可定制性及其对少量涡旋的敏感性为更全面地理解量子涡旋和振荡结构之间的相互作用奠定了基础，并且还提供了了解单个涡旋和量子湍流小尺度涨落动力学的窗口。
We report a comprehensive investigation of the effects of quantum turbulence and quantized vorticity in superfluidat ultralow temperatures on a nonlinear microelectromechanical systems (MEMS) resonator which is uniquely sensitive to fluctuations of quantum turbulence. We observe that the phase noise of the MEMS is significantly increased in the presence of turbulence, while the noise in the amplitude channel is negligible in comparison. We formulated a model based on a fluctuating number of vortices pinned on the device to explain the observed noise. We also present measurements of the noise statistics and power spectra, providing insight into the dissipation mechanism of vortices at the micrometer scale in the ultraquantum regime. The high degree of customizability of MEMS oscillators coupled with their sensitivity to a small number of vortices lays the foundation for a more complete understanding of the interaction between quantized vortices and oscillating structures, and also offers a window into the dynamics of single vortices and small-scale fluctuations of quantum turbulence.
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