Spiderweb Nanomechanical Resonators via Bayesian Optimization: Inspired by Nature and Guided by Machine Learning

谐振器 材料科学 纳米技术 光力学 微电子机械系统 纳米机电系统 直觉 贝叶斯优化 计算机科学 光电子学 人工智能 纳米医学 认识论 哲学 纳米颗粒
作者
Dongil Shin,Andrea Cupertino,Matthijs H. J. de Jong,Peter G. Steeneken,Miguel A. Bessa,Richard A. Norte
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (3) 被引量:47
标识
DOI:10.1002/adma.202106248
摘要

From ultrasensitive detectors of fundamental forces to quantum networks and sensors, mechanical resonators are enabling next-generation technologies to operate in room-temperature environments. Currently, silicon nitride nanoresonators stand as a leading microchip platform in these advances by allowing for mechanical resonators whose motion is remarkably isolated from ambient thermal noise. However, to date, human intuition has remained the driving force behind design processes. Here, inspired by nature and guided by machine learning, a spiderweb nanomechanical resonator is developed that exhibits vibration modes, which are isolated from ambient thermal environments via a novel "torsional soft-clamping" mechanism discovered by the data-driven optimization algorithm. This bioinspired resonator is then fabricated, experimentally confirming a new paradigm in mechanics with quality factors above 1 billion in room-temperature environments. In contrast to other state-of-the-art resonators, this milestone is achieved with a compact design that does not require sub-micrometer lithographic features or complex phononic bandgaps, making it significantly easier and cheaper to manufacture at large scales. These results demonstrate the ability of machine learning to work in tandem with human intuition to augment creative possibilities and uncover new strategies in computing and nanotechnology.
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