Eine Strategie für die Spin-Akustik-Kontrolle von Silizium-Fehlstellen in einem auf 4H-Siliziumcarbid basierenden BULK-Akustikresonator.

20. Oktober 2023 Funktion

Dieser Artikel wurde gemäß dem redaktionellen Prozess und den Richtlinien von Science X überprüft. Die Herausgeber haben folgende Merkmale hervorgehoben, um die Glaubwürdigkeit des Inhalts sicherzustellen:

• Tatsachen überprüft
• Peer-reviewed-Publikation
• Vertrauenswürdige Quelle
• Korrekturgelesen

von Ingrid Fadelli, Phys.org

Bulk-Akustikresonatoren – geschichtete Materialstrukturen, in denen akustische Wellen resonieren – können verwendet werden, um Geräusche zu verstärken oder unerwünschtes Rauschen herauszufiltern. Diese Resonatoren finden in der heutigen drahtlosen Kommunikation, wie Front-End-Modulen (FEM) in iPhones, weite Verwendung. Sie können auch wertvolle Komponenten für verschiedene innovative wissenschaftliche Anwendungen sein, einschließlich Quantentechnologien und Bildgebungsgeräte..

Trotz ihres Potenzials war es bisher eine Herausforderung, die in diesen Geräten gespeicherte akustische Energie im Laufe der Zeit genau zu messen. Dies schränkte ihre Verwendung für die Herstellung zuverlässiger und hochleistungsfähiger Filter und Signalverarbeitungsgeräte ein.

Forscher der Harvard University und der Purdue University haben sich kürzlich daran gemacht, diese bestehende Herausforderung in diesem Bereich anzugehen, indem sie eine Strategie zur Kontrolle und Auslesung von Siliziumfehlstellen in einem Bulk-Akustikresonator auf Basis von 4H-Siliziumkarbid (SiC) eingeführt haben. Ihre vorgeschlagene Strategie, die in Nature Electronics skizziert ist, kann verwendet werden, um die von Defekten in 4H-SiC mit Bulk-Akustikresonatoren verstärkten oder absorbierten Frequenzen anzupassen.

'Unsere Forschung wurde durch das Studium der mechanischen Dynamik eines klassischen Systems mit einem Quantensensor motiviert', sagte Jonathan R. Dietz, Co-Autor des Artikels, gegenüber Phys.org. 'Bemerkenswerterweise hatten unsere Labore bereits Resonatoren gesammelt, die genügend Energie konzentrieren konnten, um diese Wechselwirkung zu untersuchen.'

Die kürzlich von Dietz und seinen Kollegen durchgeführte Studie baut auf den früheren Forschungsarbeiten der Forscher auf. In ihren früheren Arbeiten hatten die Forscher neue akustische Resonatoren vorgestellt, die mit 4H-SiC hergestellt wurden, sogenannte laterale Overtone-Bulk-Akustikresonatoren (LOBARs). Darüber hinaus hatten sie ihr Potenzial aufgezeigt, insbesondere als hochqualitative (Q) optische Resonatoren.

'Um die spinakustische Kontrolle der Siliziumfehlstellen zu erreichen, haben wir ein Gerät für hochqualitative Resonanzen ausgewählt und die spinakustische Kopplung mit einem konfokalen ODMR-Mikroskop gemessen', erklärte Dietz. 'Schließlich haben wir die gemessene Spinresonanz verwendet, um die akustischen Wellen im LOBAR-Gerät genau zu kartieren.'

Im Rahmen ihrer Studie demonstrierten die Forscher das Potenzial ihrer vorgeschlagenen Strategie für die spinakustische Kontrolle von Siliziumfehlstellen in auf 4H-SiC basierenden LOBAR-Geräten. Dietz und seine Kollegen führten eine Frequenzspektrumanalyse durch, als der Resonator im Hoch-Q-Modus betrieben wurde und eine optische Auslesung verwendete. Darüber hinaus konnten sie eine Visualisierung des Resonanzmodus des Geräts mithilfe von 2D-Bildgebungswerkzeugen erstellen, die die Wechselwirkung zwischen dem Resonator und Defekte im Material untersuchen.

'Unsere Messung ist nicht invasiv', sagte Boyang (Alex) Jiang, Co-Autor des Artikels. 'Da die Fluoreszenz nur mit der Dehnung verbunden ist, an die sie gekoppelt ist, ist unser gemessenes Q das intrinsische Q des SiC, ohne dass eine Entflechtung in Messungen im RF-Bereich erforderlich ist.'

Der neue Ansatz, den dieses Forscherteam vorstellt, könnte verwendet werden, um präzise Messungen innerhalb von LOBAR-Geräten unter Umgebungsbedingungen durchzuführen, ohne den Betrieb zu stören. In Zukunft könnte er verwendet werden, um die akustischen Eigenschaften verschiedener mikroelektromechanischer Systeme zu charakterisieren und gleichzeitig eine größere Kontrolle über quantenbasierte Speichergeräte zu ermöglichen, die akustische Schwingungen als Quantenressource verwenden.

'Unsere Studie zeigt, dass ein häufiger, leicht messbarer Defekt in Siliziumkarbid mechanisch empfindlich ist und robust kontrolliert werden kann, um einen nicht invasiven Dehnungssensor zu erzeugen', sagte Dietz. 'In unseren nächsten Studien planen wir die dreidimensionale Abbildung der Dehnung in SiC-basierten Geräten, ähnlich wie bei der MRT. Wir möchten auch das Feedback zwischen Resonator und Spins verwenden, um beide Systeme gleichzeitig zu kontrollieren.'

Journal-Informationen: Nature Electronics

© 2023 Science X Network