論文の概要: Piezoelectric resonators in thin-film barium titanate from room temperature to millikelvin

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.18522v1
• Date: Tue, 16 Jun 2026 22:37:11 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-25 09:25:33.606826
• Title: Piezoelectric resonators in thin-film barium titanate from room temperature to millikelvin
• Title（参考訳）: 室温からミリケルビンへのチタン酸バリウム薄膜の圧電共振器
• Authors: Hao Tian, Shu-Yuan Chang, Nuha Akhtar, Kasra Sardashti, Mohammad Mirhosseini,
• Abstract要約: チタン酸バリウム(BTO)は、強い圧電応答と電気光学応答を組み合わせた顕著な例である。 薄膜BTO上で表面音響波(SAW)共振器を作製・特性評価する。 圧電応答は、超伝導量子回路における圧電カップリングに対するBTOの可能性を示すd33eff 19 pC/Nで持続する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.9928280908502973
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Ferroelectric materials, with their strong nonlinearities, underpin key technologies across radio-frequency (RF) signal processing, optical communications, and emerging quantum systems. Barium titanate (BTO) is a notable example, combining strong piezoelectric and electro-optic responses. While bulk BTO has been studied for decades, the piezoelectric properties of its recently available thin films, and their behavior at the millikelvin temperatures relevant to quantum hardware, remain largely unexplored. Here, we fabricate and characterize surface acoustic wave (SAW) resonators on thin-film BTO. The measured devices exhibit high electromechanical coupling (k2eff 0.14 at 5.2 GHz) and operate up to 7.8 GHz. From these measurements, combined with finite-element modeling of the multi-domain microstructure, we extract an effective piezoelectric coefficient d33eff of 53 pC/N, comparable to bulk BTO. Exploiting the intrinsic ferroelectricity, we further demonstrate low-voltage switching with a fast (100 ns) response, attractive for reconfigurable RF front-ends and parametric amplifiers. Extending these measurements to millikelvin temperatures, we find that the piezoelectric response persists, with d33eff 19 pC/N, pointing to the potential of BTO for piezoelectric coupling in superconducting quantum circuits. These results position thin-film BTO as a promising piezoelectric platform for both classical and quantum information technologies.
• Abstract（参考訳）: 強非線形性を持つ強誘電体材料は、高周波(RF)信号処理、光通信、新興量子システムにおいて重要な技術を支える。 チタン酸バリウム(BTO)は、強い圧電応答と電気光学応答を組み合わせた顕著な例である。 バルクBTOは何十年にもわたって研究されてきたが、最近利用可能な薄膜の圧電特性と、ミリケルビンの量子ハードウェアに関する温度での挙動はほとんど解明されていない。 そこで我々は, 薄膜BTO上に表面波共振器(SAW)を作製し, 特徴付ける。 測定された装置は高い電気機械的結合(k2eff 0.14 at 5.2 GHz)を示し、最大7.8 GHzで動作する。 これらの測定から、多領域構造の有限要素モデルと組み合わせて、53 pC/Nの有効圧電係数d33effをバルクBTOと比較して抽出する。 内在性強誘電体を爆発させると、高速(100 ns)応答で低電圧スイッチングを実証し、再構成可能なRFフロントエンドとパラメトリック増幅器に魅力を持たせる。 これらの測定をミリケルビン温度まで拡張すると、超伝導量子回路における圧電カップリングに対するBTOの可能性を示すd33eff 19 pC/Nで圧電応答が持続することがわかった。 これらの結果から, 薄膜BTOは, 古典的および量子的情報技術の両面において有望な圧電プラットフォームとして位置づけられた。

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