Американские физики изготовили гибридную систему из нелинейного колебательного контура и акустического резонатора, связанных пьезоэлектрическим контактом. Такая комбинация позволила наделить нелинейностью акустические моды на частоте 10 гигагерц. Авторы смогли сгенерировать в своей установке когерентные акустические частотные гребенки, что в будущем поможет бороться с шумами в метрологии и сенсорах.

Исследование опубликовано в Physical Review Letters.

Механические резонаторы в последние годы все чаще используются в качестве универсального инструмента для исследования множества явлений в оптике, акустике и даже квантовой механике. Мы уже рассказывали, как они помогли физикам выявить квантовые движения в жидкости, позволили манипулировать отдельными квантами звука и стали объектом для квантового запутывания.

Особый интерес физиков привлекают нелинейные оптические резонаторы, которые открывают дорогу к множеству полезных физический явлений, начиная от параметрического усиления звука и заканчивая частотной стабилизацией. Механическая нелинейность, как правило, основана на том, что в зависимости упругих сил от деформации элементов резонатора появляются более сложные, нежели линейные, члены. Нелинейность сильнее всего проявляет себя при больших амплитудах колебаний.

Последнее становится проблемой, когда желаемые частоты резонаторов приближаются к гигагерцам. Дело в том, что высокие частоты нужны для улучшения соотношения сигнал/шум. Но чем выше частота, тем меньше амплитуда колебаний, а, значит, нелинейные эффекты пропадают. Таким образом, чисто механические резонаторы имеют фундаментальный частотный предел своей нелинейности, и ученым требуются гибридные платформы для его преодоления.

По такому пути пошли Сюй Хань (Xu Han) со своими коллегами из Йельского университета, связав механический резонатор пьезоэлектрической связью с сильно нелинейным сверхпроводящим колебательным контуром.