Una estrategia para el control acústico de espín de las vacantes de silicio en resonadores acústicos masivos basados ​​en carburo de silicio 4H

Una estrategia para el control acústico de espín de las vacantes de silicio en resonadores acústicos masivos basados ​​en carburo de silicio 4H

Defectos y estructura del dispositivo. a, Estructura electrónica de V− Si con transiciones magnéticamente permitidas y prohibidas pero acústicamente permitidas etiquetadas en azul y verde. La polarización de espín se genera mediante transducción del estado fundamental (GS) y luego se lee mediante la diferencia de fluorescencia entre el colector de espín resultante de diferentes tasas de desintegración no radiativa y el cruce entre sistemas (ISC) del estado excitado ópticamente defectuoso (ES). La resonancia de espín es desplazada por Zeeman a resonancia con el LOBAR mediante el campo magnético orientado en el eje c (B). b, Esquema de transducción y control de giro del dispositivo LOBAR suspendido. Los electrodos interdigitales de molibdeno (Mo) excitan la capa piezoeléctrica de nitruro de aluminio (AlN) que convierte el fotón de RF de entrada en fonón, que transduce acústicamente una rotación V – Si indicada por la flecha de amarillo a verde para observar ODSAR. Alternativamente, el giro puede transducirse magnéticamente mediante una antena de RF suspendida cerca para observar el ODMR. Luego, el giro se lee con un láser de excitación enfocado en la parte posterior del resonador. Como referencia, se muestra la distribución de deformación simulada por FEM de la deformación de corte del modo de onda Lamb A0. c, Cristalografía del centro del defecto del sitio k V-Si (V2), con los átomos de carbono y silicio vecinos más cercanos (que se muestran en negro y azul). El eje c (0001) está etiquetado. d, Representación alternativa del esquema experimental mostrado en b. Crédito: Electrónica Natural (2023). DOI: 10.1038/s41928-023-01029-4

Los resonadores acústicos a granel (estructuras de materiales apiladas dentro de ondas acústicas que resuenan) se pueden utilizar para amplificar el sonido o filtrar el ruido no deseado. Estos resonadores se utilizan ampliamente en las telecomunicaciones por RF en la actualidad, como los módulos frontales (FEM) en los iPhone. También podría ser un componente útil para una variedad de aplicaciones científicas avanzadas, incluida la tecnología cuántica y los dispositivos de imágenes.

A pesar de su potencial, actualmente medir con precisión la energía acústica almacenada en estos dispositivos a lo largo del tiempo ha sido un desafío. Esto limita su uso en la fabricación de filtros y dispositivos de procesamiento de señales confiables y eficientes.

Investigadores de la Universidad de Harvard y la Universidad de Purdue han abordado recientemente los desafíos en este campo, introduciendo una estrategia para controlar y leer las vacantes de silicio dentro de resonadores acústicos masivos basados ​​en carburo de silicio 4H (SiC). La estrategia propuesta, descrita en Electrónica NaturalSe puede utilizar para sintonizar frecuencias amplificadas o absorbidas por defectos en 4H SiC con resonadores acústicos a granel.

«Nuestra investigación está motivada por el estudio de la dinámica mecánica de sistemas clásicos con sensores cuánticos», dijo a Phys.org Jonathan R. Dietz, coautor del artículo. «En particular, nuestro laboratorio ha montado un resonador capaz de concentrar suficiente energía para estudiar esta interacción».

El nuevo estudio de Dietz y sus colegas se basa en trabajos de investigación anteriores de los investigadores. En artículos anteriores, los investigadores introdujeron un nuevo resonador acústico fabricado con 4H SiC, llamado resonador acústico de masa de armónicos laterales (LOBAR). Además, muestran potencial, especialmente como resonadores ópticos de factor de calidad (Q).

«Para completar el control acústico del espín de la vacante de silicio, seleccionamos un dispositivo de resonancia de alta calidad y medimos el acoplamiento acústico del espín con un microscopio confocal ODMR», explicó Dietz. «Finalmente, utilizamos las resonancias de espín medidas para determinar las ondas acústicas en el dispositivo LOBAR».

Como parte del estudio, los investigadores demostraron el potencial de la estrategia propuesta para el control acústico de espín de las vacantes de silicio en dispositivos LOBAR basados ​​en 4H SiC. Dietz y sus colegas realizaron un análisis del espectro de frecuencia cuando el resonador estaba funcionando en modo Q alto utilizando un lector óptico. Además, pudieron producir una visualización del modo de resonancia del dispositivo utilizando una herramienta de imágenes 2D que estudia la interacción entre el resonador y los defectos del material.

«Nuestras mediciones no son invasivas», afirmó Boyang (Alex) Jiang, coautor del artículo. «Además, dado que la fluorescencia sólo está relacionada con la cepa acoplada, el Q medido es el Q intrínseco del SiC, sin necesidad de desintegrarlo en la medición de RF».

El nuevo enfoque presentado por este equipo de investigadores se puede utilizar para recopilar mediciones precisas en el instrumento LOBAR en condiciones ambientales y sin interferir con su funcionamiento. En el futuro, podrá utilizarse para caracterizar las propiedades acústicas de diversos sistemas microelectromecánicos, así como para controlar dispositivos de memoria cuántica basados ​​en defectos de espín que utilizan vibraciones acústicas como fuente cuántica.

«Nuestra investigación muestra que los defectos comunes y fácilmente mensurables en el carburo de silicio son mecánicamente sensibles y pueden controlarse de manera sólida para crear sensores de tensión no invasivos», dijo Dietz. «En los próximos estudios planeamos obtener imágenes en 3D de deformaciones en dispositivos basados ​​en SiC (carburo de silicio), como la resonancia magnética. También nos gusta utilizar la retroalimentación entre el resonador y el espín para controlar ambos sistemas simultáneamente.

Más información:
Jonathan R. Dietz et al, Control acústico de espín de vacantes de silicio en carburo de silicio 4H, Electrónica Natural (2023). DOI: 10.1038/s41928-023-01029-4

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Cita: Estrategia de control acústico de espín de vacantes de silicio en un resonador acústico masivo a base de carburo de silicio 4H (20 de octubre de 2023) Obtenido el 20 de octubre de 2023 de https://phys.org/news/2023-10-strategy-spin-akustik-silicon -vacante -4h.html

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