Una strategia per il controllo spin-acustico delle lacune di silicio in un resonatore acustico bulk a base di carburo di silicio 4H.

L'articolo tratta un argomento in evidenza il 20 ottobre 2023

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Ingrid Fadelli, Phys.org è l'autrice dell'articolo.

I risonatori acustici sfusi, strutture materiali in cui le onde acustiche vengono amplificate o il rumore indesiderato viene filtrato, sono stati identificati come aventi un ruolo cruciale nella moderna comunicazione RF, come nei moduli front-end (FEM) negli iPhone. Inoltre, hanno un potenziale prezioso in varie altre applicazioni scientifiche avanzate, comprese le tecnologie quantistiche e i dispositivi di imaging.

Indipendentemente dal loro potenziale, il monitoraggio preciso dell’energia acustica all’interno di questi dispositivi nel tempo rappresenta una sfida. Ciò ne limita l'utilizzo nel rendere i filtri e i processi di segnalazione affidabili e performanti.

Un gruppo di ricercatori dell'Università di Harvard e della Purdue University ha recentemente affrontato questo problema proponendo una strategia per controllare e leggere i posti vacanti di silicio all'interno di un risonatore acustico sfuso basato su carburo di silicio 4H (SiC). Come pubblicato su Nature Electronics, la loro strategia può essere utilizzata per ottimizzare le frequenze amplificate o assorbite dai difetti nel SiC 4H tramite risonatori acustici sfusi.

"Il motivo per cui abbiamo condotto questa ricerca era incentrato sulla dinamica meccanica di un sistema classico che utilizza un sensore quantistico", ha condiviso con Phys.org Jonathan R. Dietz, un coautore dello studio. I nostri laboratori hanno già raccolto risonatori che potrebbero accumulare energia adeguata per valutare questa interazione.'

Lo studio si basa sul lavoro precedente dei ricercatori, che ha introdotto nuovi risonatori acustici realizzati utilizzando 4H SiC, noti come risonatori acustici armonici laterali (LOBAR). In particolare, è stato dimostrato il potenziale di questi risonatori, in termini di risonatori ottici con fattore Q di alta qualità.

"Per gestire in modo efficace il controllo spin acustico dei posti vacanti di silicio, abbiamo optato per un dispositivo che garantisce risonanze di alta qualità e abbiamo misurato l'accoppiamento spin-acustico tramite il microscopio confocale ODMR," ha spiegato Dietz. Successivamente, abbiamo utilizzato la risonanza di spin misurata per delineare accuratamente le onde acustiche nel dispositivo LOBAR.'

Durante lo studio, i ricercatori hanno dimostrato il potenziale della strategia proposta nel controllare i posti vacanti di silicio spin-acustici nei dispositivi LOBAR basati su SiC 4H. Il team di Dietz ha condotto un’analisi dello spettro di frequenza quando il risonatore era nella modalità Q elevato utilizzando letture ottiche. Inoltre, potrebbero creare un'illustrazione della modalità di risonanza di un dispositivo sfruttando strumenti di imaging 2D, che analizzassero l'interazione del risonatore e dei difetti del materiale.

"Il nostro metodo di misurazione non è invasivo", ha aggiunto Boyang (Alex) Jiang, un altro autore dell'articolo. "Inoltre, poiché la fluorescenza è associata solo al ceppo a cui si accoppia, il nostro Q misurato è il Q intrinseco del SiC, eliminando la necessità di de-incorporamento nella misurazione RF."

L'approccio presentato dal gruppo di ricerca potrebbe essere utilizzato per la raccolta precisa di misurazioni dai dispositivi LOBAR in condizioni ambientali senza influenzarne il funzionamento. Di conseguenza, potrebbe essere utilizzato per caratterizzare le proprietà acustiche di diversi sistemi microelettromeccanici, consentendo al tempo stesso un maggiore controllo dei dispositivi di memoria quantistica che utilizzano le vibrazioni acustiche come risorsa quantistica.

"La nostra ricerca rivela che un difetto comunemente riscontrato e facilmente misurabile nel carburo di silicio è meccanicamente sensibile e può essere manipolato in modo efficace per creare un sensore di deformazione non invasivo," ha osservato Dietz. “Per i nostri prossimi studi, prevediamo di realizzare la visualizzazione 3D della deformazione nei dispositivi a base di carburo di silicio, simile alla risonanza magnetica. Siamo inoltre interessati a utilizzare il risonatore e il feedback degli spin per controllare entrambi i sistemi contemporaneamente.'

Le informazioni del giornale indicano la sua fonte come Nature Electronics.

L'articolo è accreditato a Science X Network © 2023.