Pietsosähköisyyttä kvanttimittausiin

Chalmersin ja Magdeburgin yliopistojen tutkijat ovat kehittäneet uudentyyppisen nanomekaanisen resonaattorin, jossa yhdistyvät kaksi tärkeää ominaisuutta: korkea mekaaninen laatu ja pietsosähköisyys.

Suurin osa tehokkaimmista nanomekaanisista resonaattoreista on valmistettu vetovenytetystä piinitridistä. Piinitridi ei kuitenkaan johda sähköä, eikä se ole magneettinen tai pietsosähköinen. Tämä on este sovelluksissa, jotka vaativat in situ -ohjausta tai nanomekaanisten resonaattoreiden liittämistä muihin järjestelmiin.

Näiden tarpeiden täyttämiseksi on tarpeen lisätä toiminnallista materiaalia piinitridin päälle. Tämä lisäys pyrkii kuitenkin vähentämään mekaanista laatutekijää, mikä rajoittaa resonaattorin suorituskykyä.

Nyt tutkijat tekivät harppauksen, kun he esittelivät nanomekaanisen resonaattorin, joka on valmistettu vetovenytetystä alumiininitridistä, pietsosähköisestä materiaalista, joka säilyttää korkean mekaanisen laatutekijän.

"Pietsosähköiset materiaalit muuttavat mekaanisen liikkeen sähköisiksi signaaleiksi ja päinvastoin. Tätä voidaan käyttää nanomekaanisen resonaattorin suoraan lukemiseen ja ohjaamiseen anturisovelluksissa.

Sitä voidaan myös hyödyntää mekaanisten ja sähköisten vapausasteiden liittämiseen, mikä on olennaista informaation transduktiossa, jopa kvanttijärjestelmään asti", sanoo Anastasiia Ciers, Chalmersin kvanttiteknologian tutkimusasiantuntija ja tutkimuksen johtava kirjoittaja.

Alumiininitridiresonaattori saavutti laatukertoimen yli 10 miljoonaa. "Tämä viittaa siihen, että vetojännitetty alumiininitridi voisi olla tehokas uusi materiaalialusta kvanttiantureille tai kvanttimuuntimille", Witlef Wieczorek sanoo.

Tutkijoilla on nyt kaksi päätavoitetta: parantaa laitteiden laatutekijää entisestään ja työstää realistisia nanomekaanisia resonaattorimalleja, joiden avulla he voivat hyödyntää pietsosähköä kvanttimittaussovelluksissa.

Tutkimus tulokset tasoittavat tietä kvanttioptoelektromekaanisille laitteille huoneenlämpötilassa, jotka perustuvat vetovenytettyyn AlN:ään.

Tällaisilla pietsosähköisillä, vetovenytetyistä AlN-kalvoista peräisin olevilla nanomekaanisilla resonaattoreilla on suuri lupaus kHz- tai MHz-fononien liittämiseen suprajohtaviin piireihin onkalokvanttioptomekaniikassa, AlN-pohjaisten nanomekaanisten resonaattoreiden suoran pietsosähköisen luennan anturisovelluksiin, tai optisten, mekaanisten ja elektronisten vapausasteiden kytkentään samassa materiaalijärjestelmässä.

Aiheesta aiemmin:

Pietsosähköakustiikalla kevyempää RF-tekniikkaa

Yksittäinen elektroni surffailee ääniaallolla

Mekaanista kvanttitekniikkaa