Una estrategia para el control spin-acústico de las vacantes de silicio en un resonador acústico a granel basado en carburo de silicio 4H.

20 de octubre de 2023 función

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Los resonadores acústicos a granel, que son estructuras de material apilado dentro de las cuales las ondas acústicas resuenan, se pueden utilizar para amplificar sonidos o filtrar ruido no deseado. Estos resonadores son ampliamente utilizados en las telecomunicaciones de RF actuales, como los módulos de frontal de iPhone. También podrían ser componentes valiosos para varias aplicaciones científicas de vanguardia, incluidas las tecnologías cuánticas y los dispositivos de imagen. 

A pesar de su potencial, medir con precisión la energía acústica almacenada dentro de estos dispositivos a lo largo del tiempo ha resultado ser un desafío hasta ahora. Esto ha limitado su uso para fabricar filtros confiables y dispositivos de procesamiento de señales de alto rendimiento.

Recientemente, investigadores de la Universidad de Harvard y la Universidad de Purdue se propusieron abordar este desafío existente en el campo, mediante la introducción de una estrategia para controlar y leer vacantes de silicio dentro de un resonador acústico a granel basado en carburo de silicio 4H (SiC). Su estrategia propuesta, descrita en Nature Electronics, se puede utilizar para ajustar las frecuencias amplificadas o absorbidas por defectos en el 4H SiC con resonadores acústicos a granel.

'Nuestra investigación fue motivada por el estudio de la dinámica mecánica de un sistema clásico con un sensor cuántico', dijo Jonathan R. Dietz, coautor del artículo, a Phys.org. 'Nuestras investigaciones ya habían reunido resonadores que podían concentrar suficiente energía para estudiar esta interacción'.

El estudio reciente de Dietz y sus colegas se basa en las investigaciones anteriores de los investigadores. En sus trabajos anteriores, los investigadores habían presentado nuevos resonadores acústicos fabricados con 4H SiC, llamados resonadores acústicos a granel de sobretono lateral (LOBAR). Además, demostraron su potencial, especialmente como resonadores ópticos de alto factor de calidad (Q).

'Para lograr el control acústico del giro de las vacantes de silicio, seleccionamos un dispositivo para obtener resonancias de alta calidad y medimos el acoplamiento acústico-giro con un microscopio ODMR de confocal', explicó Dietz. 'Finalmente, utilizamos la resonancia de giro medida para mapear con precisión las ondas acústicas en el dispositivo LOBAR'.

Como parte de su estudio, los investigadores demostraron el potencial de su estrategia propuesta para el control acústico-giro de las vacantes de silicio en dispositivos LOBAR basados en 4H SiC. Dietz y sus colegas llevaron a cabo un análisis del espectro de frecuencia cuando el resonador estaba funcionando en su modo de alta Q utilizando la lectura óptica. Además, pudieron producir una visualización del modo de resonancia del dispositivo utilizando herramientas de imágenes 2D que estudian la interacción entre el resonador y los defectos en el material.

'Nuestra medición es no invasiva', dijo Boyang (Alex) Jiang, coautor del documento. 'Además, dado que la fluorescencia solo está relacionada con la deformación a la que se acopla, nuestro Q medido es el Q intrínseco del SiC, sin necesidad de desanidamiento en la medición de RF'.

El nuevo enfoque introducido por este equipo de investigadores podría usarse para obtener mediciones precisas dentro de dispositivos LOBAR en condiciones ambientales y sin interferir en su funcionamiento. En el futuro, se podría utilizar para caracterizar las propiedades acústicas de varios sistemas microelectromecánicos, al tiempo que permite un mayor control sobre los dispositivos de memoria cuántica basados en defectos de giro que utilizan vibraciones acústicas como recurso cuántico.

'Nuestro estudio muestra que un defecto común y fácilmente medible en el carburo de silicio es sensible mecánicamente y se puede controlar de manera robusta para hacer un sensor no invasivo de la deformación', dijo Dietz. 'En nuestros próximos estudios, planeamos realizar la imagen 3D de la deformación en los dispositivos basados en SiC (carburo de silicio), como la resonancia magnética. También nos gustaría utilizar la retroalimentación entre el resonador y los giros para controlar ambos sistemas simultáneamente'.

Información de la revista: Nature Electronics

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