یک استراتژی برای کنترل اسپین-آکوستیک جای خالی سیلیکون در یک تشدید کننده صوتی حجیم بر اساس کاربید سیلیکون 4H
نقص و ساختار دستگاه. الف، ساختار الکترونیکی V-Si با انتقال مغناطیسی مجاز و مغناطیسی ممنوع اما از نظر صوتی مجاز به ترتیب به رنگ آبی و سبز نشان داده شده است. پلاریزاسیون اسپین توسط انتقال حالت پایه (GS) ایجاد می شود و سپس توسط اختلاف فلورسانس بین جمع کننده های اسپین در نتیجه نرخ های مختلف فروپاشی غیر تشعشعی و تقاطع بین سیستمی (ISC) از حالت برانگیخته نوری (ES) بازخوانی می شود. عیوب. رزونانس های اسپین به رزونانس با LOBAR با یک میدان مغناطیسی جهت محور c (B) تبدیل می شوند. ب، شماتیک کنترل انتقال و چرخش دستگاه LOBAR معلق. الکترودهای مولیبدن بین انگشتی (Mo) یک لایه پیزوالکتریک از نیترید آلومینیوم (AlN) را تحریک می‌کنند که فوتون‌های ورودی RF را به فونون تبدیل می‌کند که اسپین V-Si را که با فلش زرد-سبز نشان داده شده است برای مشاهده ODSAR به صورت صوتی تبدیل می‌کند. روش دیگر، چرخش می تواند به صورت مغناطیسی توسط یک آنتن RF معلق در نزدیکی برای مشاهده ODMR تبدیل شود. سپس چرخش با لیزر تحریک متمرکز بر پشت تشدیدگر حس می شود. توزیع تنش برشی شبیه‌سازی شده با FEM از حالت موج A0 Lamb برای مرجع نشان داده شده است. c، کریستالوگرافی مرکز عیب k-site V− Si (V2)، با نزدیکترین اتم های کربن و سیلیکون (به ترتیب به رنگ سیاه و آبی نشان داده شده است). محور c (0001) برچسب گذاری شده است. د، نمایش جایگزین از طرح تجربی نشان داده شده در b. اعتبار: الکترونیک طبیعی (2023). DOI: 10.1038/s41928-023-01029-4
تشدید کننده های صوتی حجمی – ساختارهای مواد روی هم قرار گرفته که در داخل آن امواج صوتی طنین انداز می شوند – می توانند برای تقویت صداها یا فیلتر کردن نویزهای ناخواسته استفاده شوند. این رزوناتورها در ارتباطات راه دور RF امروزی، مانند ماژول های جلویی (FEM) در آیفون، کاربرد گسترده ای یافته اند. آنها همچنین می توانند اجزای ارزشمندی برای انواع کاربردهای علمی پیشرفته، از جمله فناوری های کوانتومی و دستگاه های تصویربرداری باشند.
با وجود پتانسیل آنها، اندازه گیری دقیق انرژی صوتی ذخیره شده در این دستگاه ها در طول زمان تاکنون چالش برانگیز بوده است. این امر استفاده از آنها را برای تولید فیلترهای قابل اعتماد و بسیار کارآمد و دستگاه های پردازش سیگنال محدود می کند.
محققان دانشگاه هاروارد و دانشگاه پردو اخیراً با ارائه یک استراتژی خواندن کنترلی تصمیم گرفتند به این چالش موجود در این زمینه رسیدگی کنند. سیلیکون حفره های داخل یک تشدید کننده آکوستیک حجیم بر اساس کاربید سیلیکون 4H (SiC). استراتژی پیشنهادی آنها، که در الکترونیک طبیعیمی توان برای تنظیم فرکانس های تقویت شده یا جذب شده توسط نقص در 4H SiC با رزوناتورهای صوتی حجیم استفاده کرد.
جاناتان آر. دیتز، یکی از نویسندگان مقاله، به Phys.org گفت: “انگيزه تحقيق ما مطالعه ديناميک مکانيکي يک سيستم حسگر کوانتومي کلاسيک بود.” قابل توجه است که آزمایشگاه‌های ما قبلاً تشدیدگرهایی را جمع‌آوری کرده‌اند که می‌توانند انرژی کافی برای مطالعه این تعامل را متمرکز کنند.
مطالعه اخیر دیتز و همکارانش بر اساس کارهای تحقیقاتی قبلی محققان است. در مقالات قبلی خود، محققان تشدید کننده های صوتی جدیدی را معرفی کردند که با استفاده از 4H SiC ساخته شده بودند، به اصطلاح تشدید کننده های آکوستیک حجیم با تون های جانبی (LOBAR). علاوه بر این، آنها پتانسیل خود را به ویژه به عنوان تشدید کننده های نوری با ضریب کیفیت بالا (Q) نشان دادند.
دیتز توضیح داد: “برای درک کنترل اسپین-آکوستیک جاهای خالی سیلیکون، ما دستگاهی را برای تشدید با کیفیت بالا انتخاب کردیم و کوپلینگ اسپین-آکوستیک را با میکروسکوپ ODMR کانفوکال اندازه گیری کردیم.” “در نهایت، ما از رزونانس چرخش اندازه گیری شده برای نقشه برداری دقیق استفاده کردیم امواج صوتی در دستگاه LOBAR.”
به عنوان بخشی از مطالعه خود، محققان پتانسیل استراتژی پیشنهادی خود را برای کنترل اسپین-آکوستیک جای خالی سیلیکون در دستگاه های LOBAR بر اساس 4H SiC نشان دادند. دیتز و همکارانش زمانی که تشدید کننده در حالت high-Q خود با استفاده از بازخوانی نوری کار می کرد، تجزیه و تحلیل طیف فرکانس را انجام دادند. علاوه بر این، آنها توانستند حالت تشدید دستگاه را با استفاده از ابزارهای تصویربرداری دوبعدی که تعامل بین تشدیدگر و نقص در مواد را مطالعه می‌کنند، تجسم کنند.
بویانگ (الکس) جیانگ، یکی از نویسندگان مقاله گفت: اندازه گیری ما غیر تهاجمی است. همچنین، از آنجایی که فلورسانس فقط مربوط به سویه‌ای است که به آن متصل می‌شود، Q اندازه‌گیری شده ما Q ذاتی SiC است، بدون نیاز به جاسازی در اندازه‌گیری RF.
رویکرد جدید پیشگام این تیم از محققین می‌تواند برای جمع‌آوری اندازه‌گیری‌های دقیق در دستگاه‌های LOBAR در شرایط محیطی و بدون تداخل در عملکرد آنها استفاده شود. در آینده، می‌توان از آن برای مشخص کردن ویژگی‌های صوتی سیستم‌های میکروالکترومکانیکی مختلف استفاده کرد، در حالی که امکان کنترل بیشتر بر روی دستگاه‌های حافظه کوانتومی مبتنی بر نقص اسپین که از ارتعاشات صوتی به عنوان منبع کوانتومی استفاده می‌کنند، می‌شود.
دیتز گفت: «مطالعه ما نشان می‌دهد که یک نقص معمول و به راحتی قابل اندازه‌گیری در کاربید سیلیکون از نظر مکانیکی حساس است و می‌توان آن را به‌طور پایدار کنترل کرد تا یک حسگر کرنش غیرتهاجمی ایجاد کند.» در مطالعات بعدی، ما قصد داریم تصویربرداری سه بعدی را در دستگاه‌های مبتنی بر SiC (کاربید سیلیکون) مانند MRI پیاده‌سازی کنیم. ما همچنین می خواهیم از بازخورد بین استفاده کنیم طنین انداز و برای کنترل هر دو سیستم به طور همزمان می چرخد.”
اطلاعات بیشتر:
جاناتان آر. دیتز و همکاران، کنترل اسپین آکوستیک جای خالی سیلیکون در کاربید سیلیکون 4H، الکترونیک طبیعی (2023). DOI: 10.1038/s41928-023-01029-4
© 2023 Science X Network
نقل قول: استراتژی برای کنترل اسپین-آکوستیک جاهای خالی سیلیکون در یک تشدید کننده صوتی حجیم بر اساس کاربید سیلیکون 4H (2023، 20 اکتبر)، بازیابی شده در 20 اکتبر 2023، از https://phys.org/news/2023- 10-strategy -spin-acoustic-silicon-vacancies-4h.html
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هرگونه معامله منصفانه برای اهداف مطالعه یا تحقیق خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا فقط برای مقاصد اطلاعاتی ارائه شده است.
