ENG: Researchers at Chalmers University of Technology and the University of Magdeburg have developed a nanomechanical resonator that combines high mechanical quality and piezoelectricity, promising advancements in quantum sensing technologies. Mechanical resonators, used for centuries in devices like tuning forks, vibrate at specific frequencies. Recent advances in microfabrication have allowed for resonators at nanoscale, which oscillate at higher frequencies with improved sensitivity, making them useful in detecting minuscule forces.
To function effectively in these applications, nanomechanical resonators must sustain oscillation without losing energy, which is measured by the mechanical quality factor. Traditionally, silicon nitride has been used due to its high quality, but it lacks piezoelectric properties. To address this, researchers created a resonator from tensile-strained aluminum nitride, which combines high quality with piezoelectricity, allowing for direct control and integration with electronic systems.
The new aluminum nitride resonator achieved a quality factor over 10 million, marking it as a potential platform for quantum sensors. Researchers now aim to further improve its quality and design resonators that fully utilize piezoelectricity for practical quantum sensing applications.
RO: Cercetătorii de la Universitatea de Tehnologie Chalmers și de la Universitatea din Magdeburg au dezvoltat un rezonator nanomecanic care combină o calitate mecanică ridicată cu proprietăți piezoelectrice, deschizând calea pentru progrese în tehnologiile de detectare cuantică. Rezonatoarele mecanice, folosite de secole în dispozitive precum diapazoanele, vibrează la frecvențe specifice. Progresele recente în microfabricație au permis realizarea de rezonatoare la scară nanometrică, care oscilează la frecvențe mai înalte și oferă o sensibilitate sporită, utile în detectarea forțelor foarte mici.
Pentru a funcționa eficient în astfel de aplicații, rezonatoarele nanomecanice trebuie să își mențină oscilația fără a pierde energie, măsurată prin factorul de calitate mecanică. În mod tradițional, s-a folosit nitrura de siliciu datorită calității sale ridicate, însă aceasta nu are proprietăți piezoelectrice. Pentru a depăși această limitare, cercetătorii au creat un rezonator din nitrură de aluminiu supusă la tracțiune, care combină calitatea ridicată cu piezoelectricitatea, permițând controlul direct și integrarea cu sistemele electronice.
Noul rezonator din nitrură de aluminiu a atins un factor de calitate de peste 10 milioane, ceea ce îl poziționează ca o platformă potențială pentru senzori cuantici. Cercetătorii își propun acum să îmbunătățească în continuare calitatea acestuia și să proiecteze rezonatoare care să utilizeze pe deplin piezoelectricitatea pentru aplicații practice în tehnologia cuantică.
Source (Chalmers University of Technology, “High-quality nanomechanical resonators with built-in piezoelectricity”, 05.11.2024)
Paper: Ciers, A., Jung, A., Ciers, J., Nindito, L.R., Pfeifer, H., Dadgar, A., Strittmatter, A. and Wieczorek, W., 2024. Nanomechanical crystalline AlN resonators with high quality factors for quantum optoelectromechanics. Advanced Materials, p.2403155.
