論文の概要: Thickness dependence of the mechanical properties of piezoelectric high-$Q_m$ nanomechanical resonators made from aluminium nitride

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.03944v2
• Date: Mon, 13 Jan 2025 12:38:23 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-14 14:20:54.106622
• Title: Thickness dependence of the mechanical properties of piezoelectric high-$Q_m$ nanomechanical resonators made from aluminium nitride
• Title（参考訳）: 窒化アルミニウム製圧電高Q_m$ナノメカニカル共振器の機械的性質の厚さ依存性
• Authors: Anastasiia Ciers, Alexander Jung, Joachim Ciers, Laurentius Radit Nindito, Hannes Pfeifer, Armin Dadgar, Jürgen Bläsing, André Strittmatter, Witlef Wieczorek,
• Abstract要約: 窒化アルミニウム(AlN)から作製した引張歪圧電膜の材料特性について検討する。 SI200nm以下のAlNナノメカニカル共振器は1012ドル,Hzの高Qf生成物を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 36.8949679894416
• License:
• Abstract: Nanomechanical resonators with high quality factors (\Qm{}) enable mechanics-based quantum technologies, in particular quantum sensing and quantum transduction. High-\Qm{} nanomechanical resonators in the kHz to MHz frequency range can be realized in tensile-strained thin films that allow the use of dissipation dilution techniques to drastically increase \Qm{}. In our work, we study the material properties of tensile-strained piezoelectric films made from aluminium nitride (AlN). We characterize crystalline AlN films with a thickness ranging from \SI{45}{\nano\meter} to \SI{295}{\nano\meter}, which are directly grown on Si(111) by metal-organic vapour-phase epitaxy. We report on the crystal quality and surface roughness, the piezoelectric response, and the residual and released stress of the AlN thin films. Importantly, we determine the intrinsic quality factor of the films at room temperature in high vacuum. We fabricate and characterize AlN nanomechanical resonators that exploit dissipation dilution to enhance the intrinsic quality factor by utilizing the tensile strain in the film. We find that AlN nanomechanical resonators below \SI{200}{\nano\meter} thickness exhibit the highest \Qf{}-product, on the order of $10^{12}$\,Hz. We discuss possible strategies to optimize the material growth that should lead to devices that reach even higher \Qf{}-products. This will pave the way for future advancements of optoelectromechanical quantum devices made from tensile-strained piezoelectric AlN.
• Abstract（参考訳）: 高品質な因子(\Qm{})を持つナノメカニカル共振器は、メカニカルベースの量子技術、特に量子センシングと量子トランスダクションを可能にする。 kHzからMHzの周波数範囲における高Qm{}ナノメカニカル共振器は、消散希釈技術を用いることで劇的に \Qm{} を増大させる引張歪薄膜において実現可能である。 本研究では, 窒化アルミニウム(AlN)から作製した引張ひずみ圧電膜の材料特性について検討した。 金属-有機気相エピタキシーによりSi(111)上に直接成長した結晶AlN薄膜の厚みは, SI{45}{\nano\meter} から \SI{295}{\nano\meter} まで様々である。 我々は,AlN薄膜の結晶質と表面粗さ,圧電応答,残留応力および放出応力について報告する。 重要なことは、高真空下で室温でフィルムの本質的品質係数を決定することである。 拡散希釈を利用したAlNナノメカニカル共振器を作製, 特性評価し, フィルムの引張ひずみを利用して本質的品質係数を高める。 SI{200}{\nano\meter} 以下のAlNナノメカニカル共振器は,10^{12}$\,Hzの順に最も高いQf{}-積を示す。 物質成長を最適化し,さらに高いQf{}生成物に到達可能なデバイスを開発するための戦略について論じる。 これは、引張歪んだ圧電AlNから作られる光電磁気量子デバイスの将来の発展の道を開く。

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