We demonstrate sensitive and fast electrical measurements of a carbon nanotube mechanical resonator. The nanotube is configured as a single-electron transistor, whose conductance is a sensitive transducer for its own displacement. Using an impedance-matching circuit followed by a cryogenic amplifier, the vibrations can be monitored at radio frequency. The sensitivity of this continuous displacement measurement approaches within a factor 470 of the standard quantum limit.
References
1.
V.
Sazonova
, Y.
Yaish
, H.
Üstünel
, D.
Roundy
, T. A.
Arias
, and P. L.
McEuen
, Nature
431
, 284
(2004
).2.
A. K.
Hüttel
, G. A.
Steele
, B.
Witkamp
, M.
Poot
, L. P.
Kouwenhoven
, and H. S. J.
Van Der Zant
, Nano Lett.
9
, 2547
(2009
).3.
J.
Moser
, A.
Eichler
, J.
Güttinger
, M. I.
Dykman
, and A.
Bachtold
, Nat. Nanotechnol.
9
, 1007
(2014
).4.
J.
Moser
, J.
Güttinger
, A.
Eichler
, M. J.
Esplandiu
, D. E.
Liu
, M. I.
Dykman
, and A.
Bachtold
, Nat. Nanotechnol.
8
, 493
(2013
).5.
H. Y.
Chiu
, P.
Hung
, H. W. C.
Postma
, and M.
Bockrath
, Nano Lett.
8
, 4342
(2008
).6.
B.
Lassagne
, D.
Garcia-Sanchez
, A.
Aguasca
, and A.
Bachtold
, Nano Lett.
8
, 3735
(2008
).7.
J.
Chaste
, A.
Eichler
, J.
Moser
, G.
Ceballos
, R.
Rurali
, and A.
Bachtold
, Nat. Nanotechnol.
7
, 301
(2012
).8.
R.
Leturcq
, C.
Stampfer
, K.
Inderbitzin
, L.
Durrer
, C.
Hierold
, E.
Mariani
, M.
Schultz
, F.
Oppen
, and K.
Ensslin
, Nat. Phys.
5
, 327
(2009
).9.
G. A.
Steele
, A. K.
Hüttel
, B.
Witkamp
, M.
Poot
, H. B.
Meerwaldt
, L. P.
Kouwenhoven
, and H. S. J.
van der Zant
, Science
325
, 1103
(2009
).10.
B.
Lassagne
, Y.
Tarakanov
, J.
Kinaret
, G. S.
Daniel
, and A.
Bachtold
, Science
325
, 1107
(2009
).11.
A.
Benyamini
, A.
Hamo
, S. V.
Kusminskiy
, F.
von Oppen
, and S.
Ilani
, Nat. Phys.
10
, 151
(2014
).12.
A.
Eichler
, J.
Moser
, J.
Chaste
, M.
Zdrojek
, I.
Wilson-Rae
, and A.
Bachtold
, Nat. Nanotechnol.
6
, 339
(2011
).13.
A.
Castellanos-Gomez
, H. B.
Meerwaldt
, W. J.
Venstra
, H. S. J.
van der Zant
, and G. A.
Steele
, Phys. Rev. B
86
, 041402
(2012
).14.
M.
Ganzhorn
, S.
Klyatskaya
, M.
Ruben
, and W.
Wernsdorfer
, ACS Nano
7
, 6225
(2013
).15.
K.
Willick
, C.
Haapamaki
, and J.
Baugh
, J. Appl. Phys
115
, 114501
(2014
).16.
B. H.
Schneider
, V.
Singh
, W. J.
Venstra
, H. B.
Meerwaldt
, and G. A.
Steele
, Nat. Commun.
5
, 5819
(2014
).17.
M.
Poggio
and B. E.
Herzog
, “Force-detected nuclear magnetic resonance
,” in Micro and Nano Scale NMR: Technologies and Systems
(Wiley
, 2018
), p. 381
.18.
H. B.
Meerwaldt
, S. R.
Johnston
, H. S. J.
van der Zant
, and G. A.
Steele
, Appl. Phys. Lett.
103
, 053121
(2013
).19.
K.
Willick
, X. S.
Tang
, and J.
Baugh
, Appl. Phys. Lett.
111
, 223108
(2017
).20.
S. L.
de Bonis
, C.
Urgell
, W.
Yang
, C.
Samanta
, A.
Noury
, J.
Vergara-Cruz
, Q.
Dong
, Y.
Jin
, and A.
Bachtold
, Nano Lett.
18
, 5324
(2018
).21.
N.
Ares
, T.
Pei
, A.
Mavalankar
, M.
Mergenthaler
, J. H.
Warner
, G. A. D.
Briggs
, and E. A.
Laird
, Phys. Rev. Lett.
117
, 170801
(2016
).22.
Y.
Xu
, C.
Chen
, V. V.
Deshpande
, F. A.
Direnno
, A.
Gondarenko
, D. B.
Heinz
, S.
Liu
, P.
Kim
, and J.
Hone
, Appl. Phys. Lett.
97
, 243111
(2010
).23.
J. P.
Mathew
, R.
Patel
, A.
Borah
, C. B.
Maliakkal
, T. S.
Abhilash
, and M. M.
Deshmukh
, Nano Lett.
15
, 7621
(2015
).24.
R. G.
Knobel
and A. N.
Cleland
, Nature
424
, 291
(2003
).25.
M. D.
LaHaye
, O.
Buu
, B.
Camarota
, and K. C.
Schwab
, Science
304
, 74
(2004
).26.
E. A.
Laird
, F.
Pei
, W.
Tang
, G. A.
Steele
, and L. P.
Kouwenhoven
, Nano Lett.
12
, 193
(2012
).27.
Y. A.
Pashkin
, T. F.
Li
, J. P.
Pekola
, O.
Astafiev
, D. A.
Knyazev
, F.
Hoehne
, H.
Im
, Y.
Nakamura
, and J. S.
Tsai
, Appl. Phys. Lett.
96
, 263513
(2010
).28.
N.
Ares
, F. J.
Schupp
, A.
Mavalankar
, G.
Rogers
, J.
Griffiths
, G. A. C.
Jones
, I.
Farrer
, D. A.
Ritchie
, C. G.
Smith
, A.
Cottet
, G. A. D.
Briggs
, and E. A.
Laird
, Phys. Rev. Appl.
5
, 034011
(2016
).29.
C. C.
Wu
, C. H.
Liu
, and Z.
Zhong
, Nano Lett.
10
, 1032
(2010
).30.
F.
Pei
, E. A.
Laird
, G. A.
Steele
, and L. P.
Kouwenhoven
, Nat. Nanotechnol.
7
, 630
(2012
).31.
A.
Mavalankar
, T.
Pei
, E. M.
Gauger
, J. H.
Warner
, G. A. D.
Briggs
, and E. A.
Laird
, Phys. Rev. B
93
, 235428
(2016
).32.
N.
Mason
, M. J.
Biercuk
, and C. M.
Marcus
, Science
303
, 655
(2004
).33.
E. A.
Laird
, F.
Kuemmeth
, G. A.
Steele
, K.
Grove-Rasmussen
, J.
Nygård
, K.
Flensberg
, and L. P.
Kouwenhoven
, Rev. Mod. Phys.
87
, 703
(2015
).34.
H. B.
Meerwaldt
, G. A.
Steele
, and H. S.
Van Der Zant
, “Carbon nanotubes: nonlinear high-Q resonators with strong coupling to single-electron tunneling
,” in Fluctuating Nonlinear Oscillators: From Nanomechanics to Quantum Superconducting Circuits
(Oxford University Press
, 2012
).35.
M.
Aspelmeyer
, T. J.
Kippenberg
, and F.
Marquardt
, Rev. Mod. Phys.
86
, 1391
(2014
).36.
C. A.
Regal
, J. D.
Teufel
, and K. W.
Lehnert
, Nat. Phys.
4
, 555
(2008
).37.
A. A.
Clerk
, M. H.
Devoret
, S. M.
Girvin
, F.
Marquardt
, and R. J.
Schoelkopf
, Rev. Mod. Phys.
82
, 1155
(2010
).38.
A.
Naik
, O.
Buu
, M. D.
LaHaye
, A. D.
Armour
, A. A.
Clerk
, M. P.
Blencowe
, and K. C.
Schwab
, Nature
443
, 193
(2006
).39.
H. B.
Meerwaldt
, G.
Labadze
, B. H.
Schneider
, A.
Taspinar
, Y. M.
Blanter
, H. S.
Van Der Zant
, and G. A.
Steele
, Phys. Rev. B
86
, 115454
(2012
).40.
A. A.
Clerk
and S.
Bennett
, New J. Phys.
7
, 238
(2005
).41.
M.
Mück
and R.
McDermott
, Supercond. Sci. Technol.
23
, 093001
(2010
).42.
S.
Kafanov
and P.
Delsing
, Phys. Rev. B
80
, 155320
(2009
).43.
Y.
Wang
and F.
Pistolesi
, Phys. Rev. B
95
, 035410
(2017
).© 2018 Author(s).
2018
Author(s)
You do not currently have access to this content.