3、非线性纳米机械系统中的信号处理与控制

非线性纳米机械系统中的信号处理与控制

1 引言

纳米机械结构跨越经典力学和量子力学领域，在诸多应用中展现出巨大潜力，如计算机存储元件、超高速传感器以及量子计算等。然而，要充分发挥其潜力，仍需克服诸多重要障碍。由于纳米机械结构具有高的表面积与体积比以及亚微米级尺寸，加工不规则对其影响显著，且易受非线性效应干扰。

应对非线性问题通常有两种途径：一是通过出色的制造工艺控制，尽量减少非线性效应的产生；二是利用非线性带来的有趣且常违反直觉的结果。

随机共振（SR）是一种基础控制机制，它能通过添加噪声来放大相干行为，这一特性令人着迷。自20多年前提出以来，其受欢迎程度起起落落。最初，它被用于解释地球气候历史中冰河时期的周期性出现。对于具有能量阈值的非线性系统，当受到亚阈值周期性调制和白噪声作用时，在特定的附加噪声功率范围内，系统会在不同状态间振荡，且这种振荡与调制同步。尽管该理论在气候建模领域已失宠，但概念的吸引力促使其被推广到多种系统，涵盖双稳态环形激光器、神经生理系统、超导量子干涉仪（SQUIDs）、机械系统、电子系统（如放大器）以及地球物理系统等。不过，目前尚未有研究证实随机共振在纳米机械系统中的效应。纳米级系统不仅是该现象得以验证的又一系统，还因其接近量子力学领域而颇具研究价值。

长期以来，随机共振与量子力学的结合一直是理论研究的热点。纳米机械系统为研究量子随机共振中的各种新现象提供了广阔空间。此外，非线性纳米机械弦的物理实现为研究一类相变现象提供了可能，特别是宇宙学中由Landau - Ginzburg量子弦建模的现象。

2 纳米机械结构中的非线性

研究的纳米机械结构是两端固定的简单悬梁，受横向驱动力作用。根据连续介质