Alto

Sep 28, 2023

Informes científicos volumen 5, Número de artículo: 17005 (2015) Citar este artículo

4241 Accesos

37 citas

1 Altmetric

Detalles de métricas

El carburo de silicio (SiC) exhibe excelentes propiedades materiales atractivas para amplias aplicaciones. Demostramos los primeros microrresonadores optomecánicos de SiC que integran alta frecuencia mecánica, alta calidad mecánica y alta calidad óptica en un solo dispositivo. El modo mecánico de respiración radial tiene una frecuencia mecánica de hasta 1,69 GHz con una Q mecánica de alrededor de 5500 en la atmósfera, lo que corresponde a un producto fm · Qm tan alto como 9,47 × 1012 Hz. El fuerte acoplamiento optomecánico nos permite excitar y sondear de manera eficiente la oscilación mecánica coherente mediante ondas ópticas. Los dispositivos demostrados, en combinación con la propiedad térmica superior, la inercia química y las características de defectos del SiC, muestran un gran potencial para aplicaciones en metrología, detección y fotónica cuántica, particularmente en entornos hostiles que son un desafío para otras plataformas de dispositivos.

Los resonadores optomecánicos acoplan cavidades ópticas y resonadores mecánicos mutuamente a través de interacciones optomecánicas mediadas por las fuerzas de presión de radiación. Con la capacidad excepcional de sondear y controlar el movimiento mecánico mesoscópico hasta un solo nivel cuántico, los resonadores micro/nano-optomecánicos han sido intensamente investigados en los últimos años, mostrando una gran promesa para amplias aplicaciones en detección, procesamiento de información, metrología de tiempo/frecuencia y física cuántica1 ,2,3,4,5,6. Hasta la fecha, se han desarrollado diversas estructuras optomecánicas6 en una variedad de plataformas de materiales que incluyen sílice7, nitruro de silicio8, silicio9, arseniuro de galio10, nitruro de aluminio11, diamante12, vidrio de fosfosilicato13 y fosfuro de galio14. En general, la optomecánica de la cavidad se basa de manera crítica en el material del dispositivo subyacente, lo que requiere no solo una alta transparencia óptica y un gran índice de refracción para soportar los modos ópticos de alta calidad y de confinamiento fuerte, sino también una gran velocidad acústica y una baja amortiguación del material para soportar los modos ópticos de alta calidad. frecuencia y resonancias mecánicas de alta calidad.

El carburo de silicio (SiC) es bien conocido por sus extraordinarias propiedades térmicas, ópticas, mecánicas y químicas15, con amplias aplicaciones en electrónica de alta potencia, sensores micromecánicos, dispositivos biomédicos y telescopios astronómicos16,17,18. En los últimos años, se han dedicado importantes esfuerzos a desarrollar dispositivos micro/nanofotónicos basados ​​en SiC19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30, muy atraídos por sus propiedades ópticas no lineales26 ,28 y características del defecto31,32. Por otro lado, estudios teóricos recientes33,34,35 muestran que el SiC exhibe una calidad mecánica intrínseca significativamente superior a otros materiales, con un producto teórico frecuencia-calidad (fm ⋅ Qm) ~3 × 1014 a temperatura ambiente, debido a su excepcionalmente baja dispersión fonón-fonón que domina la pérdida mecánica intrínseca en el régimen de frecuencia de microondas. La alta calidad mecánica intrínseca, junto con las excelentes propiedades ópticas, hacen del SiC una plataforma de material excelente para aplicaciones optomecánicas. Desafortunadamente, la rigidez mecánica superior y la inercia química del SiC imponen un desafío significativo en la fabricación de dispositivos micro/nanofotónicos con altas cualidades ópticas y mecánicas, lo que dificulta seriamente la realización de funcionalidades optomecánicas en la plataforma SiC.

En esta carta, demostramos los primeros microrresonadores optomecánicos de SiC que exhiben un acoplamiento optomecánico significativo con un coeficiente de hasta |gom|/2π ≈ (61 ± 8) GHz/nm, lo que nos permite actuar y caracterizar de manera eficiente los movimientos mecánicos mesoscópicos mediante medio. Al optimizar la estructura del dispositivo y el proceso de fabricación, podemos lograr una alta calidad óptica, una gran frecuencia mecánica y una alta calidad mecánica simultáneamente en un solo dispositivo. Los modos de galería de susurros exhiben altas cualidades ópticas alrededor de ~3.8 × 104. Los modos mecánicos de respiración radial muestran frecuencias de hasta 1.69 GHz y cualidades mecánicas alrededor de 5500. El producto fm ⋅ Qm correspondiente es 9.47 × 1012, que es el valor más alto para el modo acústico a granel fundamental en SiC demostrado hasta la fecha36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47, según nuestro conocimiento.

El alto rendimiento de los microrresonadores optomecánicos demostrados muestra que los dispositivos de SiC ahora están listos para amplias aplicaciones optomecánicas. Con las propiedades térmicas y químicas superiores del material de SiC15, los dispositivos optomecánicos de SiC son particularmente atractivos para la detección optomecánica, como la detección de desplazamiento, fuerza, masa e inercia, especialmente en entornos hostiles que son un desafío para otras plataformas de dispositivos. Por otro lado, los microrresonadores optomecánicos de SiC, en combinación con las significativas no linealidades ópticas26,28 y las características únicas de defectos de SiC31,32, son muy prometedores para realizar circuitos híbridos micro/nanofotónicos para nanooptomecánica, fotónica no lineal integrada y fotónica cuántica.

Los dispositivos que empleamos son microrresonadores de carburo de silicio (SiC) de tipo cúbico (3C) que se asientan sobre pedestales de silicio. El proceso de fabricación del dispositivo se describe en Métodos. La Figura 1(a) muestra los dispositivos fabricados de diferentes radios con paredes laterales lisas y muescas finamente controladas. El proceso de fabricación está optimizado para producir paredes laterales suaves, que son críticas para minimizar la pérdida por dispersión de los modos ópticos. Las socavaduras del dispositivo están optimizadas para reducir la pérdida de sujeción, lo que mejora las cualidades mecánicas de los modos de respiración radial.

(a) La imagen del microscopio electrónico de barrido (SEM) muestra los microdiscos 3C-SiC fabricados con diferentes radios sobre pedestales de silicio. El pedestal del microdisco más pequeño se controla críticamente para optimizar la calidad mecánica del modo de respiración radial. El microdisco más pequeño es más oscuro debido a la deposición de carbono en el proceso SEM. (b, c) ilustran los perfiles de modo para un modo óptico de galería de susurros y el modo mecánico de estiramiento radial fundamental, respectivamente, con las inserciones que muestran la vista de la sección transversal. Ambos perfiles de modo se simulan mediante métodos de elementos finitos.

El microrresonador exhibe modos ópticos de galería de susurros (Fig. 1b) que producen presión de radiación a lo largo de la dirección radial para activar los modos mecánicos fundamentales de respiración radial (Fig. 1c), que a su vez cambia la longitud de la cavidad y, por lo tanto, cambia la frecuencia de resonancia óptica. . La reacción inversa dinámica resultante entre el campo óptico y el movimiento mecánico se puede utilizar para excitar y sondear el movimiento mecánico coherente, cuya eficiencia depende de la fuerza de acoplamiento optomecánica. Para un resonador optomecánico de microdisco con un radio de r, el coeficiente de acoplamiento optomecánico escala como gom ≈ −ωo/r, donde ωo representa la frecuencia de resonancia óptica. Las simulaciones detalladas por el método de elementos finitos (FEM) muestran que un microdisco de SiC con un radio de 2 μm y un espesor de 700 nm exhibe coeficientes de acoplamiento optomecánico de |gom|/(2π) = 89 y 73 GHz/nm, respectivamente , para los modos fundamental y de tipo eléctrico transversal de segundo orden (tipo TE), que corresponden a una fuerte fuerza de presión de radiación de |ħgom| = 59 y 48 fN producidos por cada fotón, respectivamente. La simulación FEM indica que el modo mecánico fundamental de respiración radial del dispositivo exhibe una masa de movimiento efectiva de meff = 22 picogramos. Como resultado, la tasa de acoplamiento optomecánico de vacío, , es tan grande como |g0|/(2π) = 42 kHz para los modos fundamentales de tipo TE en el dispositivo.

Las propiedades ópticas de los dispositivos se prueban mediante una configuración de acoplamiento de dispositivo de fibra que se muestra en la Fig. 2. Se lanza un láser sintonizable en los dispositivos mediante acoplamiento evanescente a través de una fibra óptica cónica. La transmisión de la cavidad es acoplada por la misma fibra cónica y luego registrada por detectores rápidos. La longitud de onda del láser se calibra mediante un interferómetro Mach-Zehnder. En la figura 3(a) se muestra una traza de transmisión de cavidad típica con múltiples modos ópticos de alto Q. Tres modos ópticos de diferentes familias de modos muestran cualidades ópticas de alrededor de 3,8 × 104 (Fig. 3 (b)). Las condiciones de acoplamiento de estos modos se pueden ajustar fácilmente desde acoplado insuficiente, acoplado crítico hasta acoplado excesivo ajustando la distancia del dispositivo de fibra. Por ejemplo, los modos de cavidad ubicados alrededor de 1528 nm y 1553 nm están acoplados de manera casi crítica en este caso.

( a ) La configuración experimental para el esquema de bomba-sonda óptica. VOA, MUX y DEMUX representan atenuador óptico variable, multiplexor y demultiplexor, respectivamente. (b) Una ilustración del esquema bomba-sonda.

( a ) Transmisión de cavidad de un microrresonador optomecánico de SiC típico. (b) Tres modos de cavidad tienen cualidades ópticas intrínsecas alrededor de 3,8 × 104, con datos experimentales en azul y ajuste teórico en rojo.

La alta calidad óptica de los modos de la galería susurrante, combinada con el fuerte acoplamiento optomecánico, permite una excitación y sondeo eficientes del movimiento mecánico. Para hacerlo, lanzamos una onda óptica (la onda de bombeo) en una resonancia de cavidad, con potencia modulada sinusoidalmente a una frecuencia alrededor de la frecuencia de resonancia mecánica. El principio de funcionamiento se ilustra en la Fig. 2(b). Una modulación sinusoidal de la potencia óptica conduce a una presión de radiación sinusoidalmente variable en el tiempo que activa el movimiento mecánico de respiración radial de manera coherente a través del fuerte acoplamiento optomecánico. Para probar tal excitación optomecánica, lanzamos una onda óptica de onda continua débil (la onda de prueba) en una resonancia de cavidad diferente. La excitación optomecánica coherente modula el campo de la sonda dentro de la cavidad a través del acoplamiento optomecánico, que a su vez se transduce a la salida de la cavidad. La Figura 2 (a) muestra esquemáticamente la configuración de prueba del experimento, con información más detallada en los Métodos. Los dispositivos se prueban a temperatura ambiente en el entorno atmosférico.

Un análisis detallado de la dinámica optomecánica muestra que la potencia de la sonda modulada, δPs(Ω), a la frecuencia de modulación Ω, detectada en la transmisión de la cavidad viene dada por

donde δUp(Ω) representa la energía modulada de la bomba intracavitaria. Hs(Δs) es la función de transducción de cavidad del modo sonda. Las expresiones detalladas de δUp(Ω) y Hs(Δs) se pueden encontrar en la ref. 26. Ec. (1) incluye tanto el efecto optomecánico como el efecto Kerr óptico. El primer término describe la respuesta optomecánica, donde Ωm y Γm son la frecuencia y la tasa de amortiguamiento del modo mecánico, respectivamente. El segundo término que contiene γs describe la respuesta no lineal de Kerr, donde n0 y n2 son el índice de refracción y el coeficiente no lineal de Kerr de SiC, respectivamente. ω0s es la frecuencia de resonancia del modo de sonda y Veff representa el volumen efectivo del modo óptico.

Nuestros dispositivos caen en el régimen no resuelto de banda lateral, donde la frecuencia mecánica es mucho más pequeña que el ancho de línea óptico6. En este régimen, la Ec. (1) se puede simplificar a

donde δPd(Ω) representa la potencia modulada de la bomba que cae dentro de la cavidad. Γ0p es la tasa de decaimiento de fotones intrínseca del modo de bombeo. Γ0s y Γts representan la tasa de decaimiento de fotones intrínseca y total del modo de sonda, respectivamente. Γes representa su tasa de acoplamiento externo. Δs = ωs − ω0s es la desafinación de la cavidad del láser de la onda de la sonda.

En los experimentos, el modo óptico suele estar cerca de las condiciones críticas de acoplamiento, Γ0s = Γes, y la desafinación del láser para el modo de sonda se establece alrededor de la mitad del ancho de línea total de la cavidad Δs ~ Γts/2. Como resultado, la ecuación. 2 se reduce considerablemente a

La ecuación (3) muestra claramente la dependencia lineal de la señal de sonda transducida de las cualidades ópticas de los modos de bomba y sonda. Además, depende cuadráticamente del coeficiente de acoplamiento optomecánico gom ya que el efecto optomecánico no solo impulsa el modo mecánico por el haz de la bomba modulada, sino que también transduce el movimiento mecánico al haz de la sonda. En consecuencia, un acoplamiento optomecánico significativo y una alta calidad óptica en los dispositivos conducirían a una excitación y transducción optomecánicas eficientes por parte de las ondas de la bomba y la sonda.

Las ecuaciones (1) a (3) muestran que, al escanear la frecuencia de modulación, podemos obtener la respuesta mecánica del modo de respiración radial. La figura 4(b) muestra tres ejemplos de dispositivos con diferentes radios de 2, 4,25 y 6 μm, respectivamente. Los modos mecánicos de respiración radial exhiben frecuencias mecánicas distintivas en estos dispositivos, pero todos con un Q mecánico superior a 5000. La ligera asimetría espectral en los espectros mecánicos se debe principalmente a la interferencia de tipo Fano entre la respuesta mecánica de banda estrecha y el fondo de banda ancha. de la respuesta óptica no lineal de Kerr (ver Ec. (2)). Una comparación de los espectros optomecánicos registrados con la teoría infiere un coeficiente de acoplamiento optomecánico de |gom|/(2π) = (61 ± 8) GHz/nm para el dispositivo de 2 μm. Esto es más pequeño que el valor simulado FEM (89 GHz/nm), que representa la presión de radiación del límite dieléctrico cambiante. La discrepancia probablemente se deba a la contribución electroestrictiva en el material dieléctrico48. También caracterizamos los dispositivos con diferentes radios para mapear la dependencia de la frecuencia mecánica. Como se muestra en la Fig. 4(a), la frecuencia mecánica del modo de respiración radial escala inversamente con el radio del dispositivo. Al comparar los datos experimentales (puntos azules) con la predicción teórica (curva roja), inferimos que el módulo de Young es de 390 GPa, lo cual es consistente con mediciones anteriores de películas epitaxiales de 3C-SiC sobre sustratos de silicio49.

(a) Las frecuencias mecánicas de los modos de estiramiento radial mecánicos fundamentales son inversamente proporcionales a los radios de los microdiscos. Los puntos experimentales están en azul y la curva de ajuste está en rojo. El recuadro representa el desplazamiento de un modo de estiramiento radial mecánico fundamental típico, con los bordes geométricos delineados en negro. (b) Espectros de transducción mecánica normalizados de los microdiscos de carburo de silicio con radios de 2, 4,25 y 6 μm, que se muestran de izquierda a derecha. Los puntos experimentales están en azul y las curvas de ajuste están en rojo. Los datos son ajustados por la Ec. 2. Los microdiscos de carburo de silicio mantienen altos factores Q mecánicos alrededor de 5.500 para todos los dispositivos.

Una figura crítica de mérito para los resonadores mecánicos es el producto fm ⋅ Qm, que cuantifica el grado de desacoplamiento del movimiento mecánico del depósito térmico ambiental6. La figura 5 resume el producto fm ⋅ Qm informado hasta la fecha para los resonadores micro/nanomecánicos de SiC36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,50,51,52,53. En general, los resonadores micro/nanomecánicos de SiC de tipo puente y voladizo exhiben productos de baja fm ⋅ Qm, con un amortiguamiento mecánico dominado por la pérdida de sujeción mecánica. Para mitigar la pérdida de sujeción, se emplean modos de resonador acústico a granel de sobretonos (OBAR) de alto orden para almacenar energía mecánica en muchas longitudes de onda mecánicas50,51,52,53, que, sin embargo, requiere un tamaño de dispositivo grande significativamente mayor que el longitud de onda mecánica que limita seriamente la miniaturización e integración del dispositivo.

Los productos de calidad de frecuencia de los resonadores mecánicos de SiC.

Los cuadrados azules, los triángulos verdes, los círculos rojos y las estrellas amarillas representan puentes, voladizos, microdiscos y resonadores acústicos a granel armónicos (OBAR), respectivamente. Las líneas negras discontinuas muestran las líneas de producto iguales fm ⋅ Qm desde 1014 Hz (arriba a la derecha) hasta 108 Hz (abajo a la izquierda).

Por el contrario, nuestros resonadores optomecánicos funcionan en el modo acústico de respiración radial fundamental, con un tamaño de dispositivo pequeño comparable a la longitud de onda mecánica. Por ejemplo, el dispositivo con un radio de 2 μm exhibe una frecuencia de 1,69 GHz y una Q mecánica de 5589 (Fig. 4(b)), que corresponde a un producto fm ⋅ Qm de 9,47 × 1012 Hz. Este producto se encuentra entre los valores más grandes informados hasta la fecha de dispositivos SiC36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,50,51,52,53, como se muestra en la Fig. 5. De hecho, nuestro dispositivo tiene el producto fm ⋅ Qm más grande entre los microrresonadores optomecánicos de tipo galería de susurros hechos de varios materiales7,10,11,13,14,54,55, como se muestra en la Tabla 1. Este valor sigue siendo aproximadamente un orden de magnitud menor que el producto teórico fm ⋅ Qm33,34,35, lo que implica que la limitación de corriente no se debe a la pérdida mecánica intrínseca del material de SiC, sino a factores prácticos como el grabado del dispositivo, la sujeción del pilar y la amortiguación de aire. Por lo tanto, esperamos una mejora del producto fm ⋅ Qm en el futuro después de una mayor optimización de la estructura del dispositivo y el proceso de fabricación. La Tabla 1 también muestra que los dispositivos actuales de SiC tienen cualidades ópticas más bajas que los dispositivos optomecánicos de última generación en otros materiales. Actualmente estamos optimizando el proceso de fabricación para mejorar la calidad óptica de SiC para aplicaciones optomecánicas prácticas.

Hemos demostrado los primeros resonadores optomecánicos de SiC en microdiscos 3C-SiC que exhiben un fuerte acoplamiento optomecánico y excelentes cualidades mecánicas, con un producto fm ⋅ Qm de hasta 9,47 × 1012 Hz. El alto rendimiento de los dispositivos demostrados infiere que los dispositivos optomecánicos de SiC tienen un gran potencial para aplicaciones de detección y metrología, particularmente en la detección de desplazamiento, fuerza, masa y aceleración/rotación con alta sensibilidad. En combinación con la propiedad térmica superior, la inercia química y el alto voltaje de ruptura del SiC, los dispositivos optomecánicos de SiC son muy prometedores para aplicaciones en diversos entornos hostiles, como aquellos con alta temperatura, químicos reactivos, fluidos biológicos o alto campo eléctrico15,16, 42,56,57,58, que son un desafío para otras plataformas de dispositivos.

Por otro lado, los microrresonadores optomecánicos de SiC exhiben una frecuencia mecánica escalable por el radio del dispositivo. En particular, el microdisco de SiC con un radio de 2,5 μm exhibe una frecuencia mecánica de 1,33 GHz (ver Fig. 4), que coincide con la división de campo cero de los estados fundamentales de espín de los defectos puntuales en 3C-SiC31,32. Por lo tanto, el modo mecánico colectivo de alto Q es potencialmente capaz de interactuar de manera coherente con los estados fundamentales del espín defectuoso a través del acoplamiento inducido por el estrés. Este mecanismo, en combinación con el acoplamiento fotón-espín en SiC24,25 y la interacción fotón-fotón a través de las significativas no linealidades χ(2) y χ(3)26,28 de SiC, tiene un gran potencial para formar un híbrido micro-/nano-fotónico. circuito que acopla mutuamente fotón, espín defectuoso y fonón acústico para funcionalidades ópticas no lineales, ópticas cuánticas y optomecánicas.

La estructura del dispositivo que empleamos son microdiscos de carburo de silicio de politipo cúbico (3C-SiC) sobre pedestales de silicio. Se utiliza una resistencia de haz de electrones de alta definición (ZEP520A) para modelar la máscara de cromo (Cr) con plasma a base de cloro mediante grabado de iones reactivos (RIE). La máscara de Cr se usa más tarde como una máscara dura para grabar SiC con plasma a base de flúor mediante RIE de plasma acoplado inductivamente. El residuo de Cr luego se libera con CR-14, un grabador de Cr y el sustrato de silicio se socava con hidróxido de potasio. El dispositivo se recoce después a 1100 °C durante 2 horas. La Figura 1 muestra los dispositivos fabricados de diferentes radios con paredes laterales lisas y muescas finamente controladas. Más detalles de fabricación se pueden encontrar en la ref. 25

La configuración experimental se muestra en detalle en la Fig. 2 (a). Una onda láser intensiva es modulada sinusoidalmente en amplitudes por un modulador de niobato de litio. La frecuencia de modulación es escaneada por un analizador de red. El láser de bomba se atenúa mediante un atenuador óptico variable (VOA) a ~ 80 μW. El láser de la sonda se mantiene 10 dB más pequeño que el haz de la bomba por otro VOA. El efecto térmico es despreciable para las potencias operativas en los dispositivos. Los controladores de polarización se utilizan para cambiar las polarizaciones de los rayos láser a los modos de cavidad empleados. Se utiliza un multiplexor de división de longitud de onda gruesa (CWDM) para combinar los haces de la bomba y la sonda y lanzarlos a la cavidad. El haz de bomba modulado impulsa el modo mecánico, con el desplazamiento mecánico transducido a la fluctuación de las frecuencias de resonancia de la cavidad. A continuación, el demultiplexor CWDM separa la bomba y el haz de la sonda. El analizador de red recoge el detector 1, con una transmisión del 90 % del haz de la sonda. El analizador de red escanea las frecuencias de modulación y detecta la señal en las mismas frecuencias simultáneamente. Los detectores 2 y 3 se utilizan para bloquear las cavidades del láser en los modos de sondeo y bombeo, respectivamente. Los modos ópticos que empleamos en los experimentos son modos de alto orden, que pueden acoplarse críticamente con facilidad mediante la fibra cónica actual. El acoplamiento optomecánico se puede mejorar accediendo a los modos fundamentales a través de fibra cónica más delgada o acoplamiento de guía de ondas.

Cómo citar este artículo: Lu, X. et al. Microrresonadores optomecánicos de carburo de silicio de alta frecuencia y alta calidad. ciencia Rep.5, 17005; doi: 10.1038/srep17005 (2015).

Kippenberg, TJ & Vahala, KJ Optomecánica de la cavidad: acción posterior en la mesoescala. Ciencia 321, 1172–1176 (2008).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Favero, I. & Karrai, K. Optomecánica de cavidades ópticas deformables. Fotón de la naturaleza. 3, 201–205 (2009).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Marquardt, F. & Girvin, SM Optomecánica. Física 2, 40 (2009).

Artículo Google Académico

Thourhout, DV & Roels, J. Actuación de dispositivos optomecánicos a través de la fuerza de gradiente óptico. Fotón de la naturaleza. 4, 211–217 (2010).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Poot, M. & van der Zant, HSJ Sistemas mecánicos en el régimen cuántico. física Rep. 511, 273–335 (2012).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Aspelmeyer, M., Kippenberg, TJ y Marquartdt, F. Optomecánica de cavidades. Rev.Mod. física 86, 1391–1452 (2014).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Kippenberg, TJ, Rokhsari, H., Carmon, T., Scherer, A. y Vahala, KJ Análisis de la oscilación mecánica inducida por presión de radiación de una microcavidad óptica. física Rev. Lett. 95, 033901 (2005).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Thompson, JD et al. Fuerte acoplamiento dispersivo de una cavidad de alta finura a una membrana micromecánica. Naturaleza 452, 72–75 (2008).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Eichenfield, M., Chan, J., Camacho, R., Vahala, KJ y Painter, O. Cristales optomecánicos. Naturaleza 462, 78–82 (2009).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Ding L. et al. Resonador de disco nano-optomecánico de GaAs de alta frecuencia. física Rev. Lett. 105, 263903 (2010).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Xiong, C., Sun, X., Fong, KY & Tang, HX Resonadores optomecánicos integrados de nitruro de aluminio de alta frecuencia. aplicación física Letón. 100, 171111 (2012).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Rath, P., Khasminskaya, S., Nebel, C., Wild, C. y Pernice WHP Circuitos optomecánicos integrados con diamantes. Nat. común 4, 1690 (2013).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Rocheleau, TO et al. Mejora de la Q mecánica para osciladores optomecánicos de bajo ruido de fase. proc. Internacional IEEE Conf. MEMS, 118–121 (2013).

Mitchell, M., Hryciw, AC & Barclay, PE Optomecánica de cavidades en microdiscos de fosfuro de galio. aplicación física Letón. 104, 141104 (2014).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Harris, GL Propiedades del carburo de silicio (INSPEC, 1995).

Cimalla, V., Pezoldt, J. & Ambacher, O. Grupo III MEMS y NEMS basados ​​en nitruro y SiC: propiedades de los materiales, tecnología y aplicaciones. J. física. D: aplicación física 40, 6386–6434 (2007).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Maboudian, R., Carraro, C., Senesky, DG y Roper, CS Avances en la ciencia y la tecnología del carburo de silicio a micro y nanoescala. J.Vac. ciencia Tecnología A 31, 050805 (2013).

Artículo Google Académico

Robichaud, J. et al. Óptica de carburo de silicio para telescopios astronómicos terrestres y espaciales. proc. SPIE 8450, 845002 (2012).

Artículo Google Académico

Song, B.-S., Yamada, S., Asano, T. & Noda, S. Demostración de cristales fotónicos bidimensionales basados ​​en carburo de silicio. Optar. Expreso 19, 11084–11089 (2011).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Yamada, S. et al. Supresión de la absorción de fotones múltiples en una nanocavidad de cristal fotónico de SiC que opera a 1,55 μm. Optar. Express 20, 14789–14796 (2012).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Cárdenas, J. et al. Microrresonadores High Q SiC. Optar. Expreso 21, 16882–16887 (2013).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Lu, X., Lee, JY, Feng, PXL y Lin, Q. Resonador de microdisco de carburo de silicio. Optar. Letón. 38, 1304-1306 (2013).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Radulaski, M. et al. Cavidades de cristal fotónico en películas de carburo de silicio de politipo cúbico (3C). Optar. Expreso 21, 32623–32629 (2013).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Calusine, G., Politi, A. & Awschalom, DD Cavidades de cristal fotónico de carburo de silicio con centros de color integrados. aplicación física Letón. 105, 011123 (2014).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Lu, X., Lee, JY, Feng, PXL y Lin, Q. Resonador de microdisco de carburo de silicio de alto Q. aplicación física Letón. 104, 181103 (2014).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Lu, X., Lee, JY, Rogers, S. y Lin, Q. No linealidad óptica de Kerr en un microrresonador de carburo de silicio de alto Q. Optar. Expreso 22, 30826–30832 (2014).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Magiar, AP et al. Resonadores de microdisco de SiC de alta calidad fabricados a partir de obleas epicapa monolíticas. aplicación física Letón. 104, 051109 (2014).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Yamada, S. et al. Generación de segundo armónico en una nanocavidad de cristal fotónico basada en carburo de silicio. Optar. Letón. 39, 1768–1771 (2014).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Lee, JY, Lu, X. & Lin, Q. Cavidades de cristal fotónico de carburo de silicio de alto Q. aplicación física Letón. 106, 041106 (2015).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Radulaski, M. et al. Fotoluminiscencia visible de microdiscos de carburo de silicio cúbico (3C) acoplados a modos de galería susurrante de alta calidad. Fotón ACS. 2, 14–19 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Koehl, WF et al. Control coherente a temperatura ambiente de qubits de espín defectuosos en carburo de silicio. Naturaleza 479, 84–87 (2011).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Falk, AL et al. Control politipo de quibits de espín en carburo de silicio. Nat. común 4, 1819 (2013).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Chandorkar, SA et al. Límites del factor de calidad en resonadores micromecánicos de modo masivo. proc. Internacional IEEE Conf. MEMS. 74–77 (2008). 10.1109/MEMSYS.2008.4443596.

Ayazi, F., Sorenson, L. & Tabrizian, R. Disipación de energía en resonadores micromecánicos. proc. SPIE 8031, 803119 (2011).

Artículo Google Académico

Ghaffari, S. et al. Límite cuántico del factor de calidad en micro y nano resonadores mecánicos de silicio. ciencia Rep. 3, 3244 (2013).

Artículo Google Académico

Yang, YT et al. Sistemas nanoelectromecánicos de carburo de silicio monocristalino. aplicación física Letón. 78, 162–164 (2001).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Huang, XMH, Zorman, CA, Mehregany, M. & Roukes, ML Sistemas nanoelectromecánicos: movimiento de nanodispositivos a frecuencias de microondas. Naturaleza 421, 496–496 (2003).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Ekinci, KL, Huang, XMH & Roukes, ML Detección de masa nanoelectromecánica ultrasensible. aplicación física Letón. 84, 4469–4471 (2004).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Wiser, RF, Juyong, C., Mehregany, M. y Zorman, CA Resonadores verticales micromaquinados con superficie de carburo de silicio policristalino, parte I: estudio de crecimiento y fabricación de dispositivos. J. Microelectromecánica. sist. 14, 567–589 (2005).

Artículo CAS Google Académico

Forster, cap. et al. Resonadores micro y nanoelectromecánicos basados ​​en nitruro del grupo III y SiC para aplicaciones de sensores. física Status Solidi A 203, 1829–1833 (2006).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Jiang L. et al. Resonadores cantilever de SiC con accionamiento electrotérmico. Sens. Actuators, A 128, 376–386 (2006).

Artículo CAS Google Académico

Azevedo, RG et al. Un sensor de deformación resonante MEMS de SiC para aplicaciones en entornos hostiles. IEEE Sens. J. 7, 568–576 (2007).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Li, M., Tang, HX y Roukes, ML Voladizos ultrasensibles basados ​​en NEMS para detección, sonda escaneada y aplicaciones de muy alta frecuencia. Naturaleza Nanotecnología. 2, 114–120 (2007).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Perisanu, S. et al. Alto factor Q para resonancias mecánicas de nanocables de SiC fabricados por lotes. aplicación física Letón. 90, 043113 (2007).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Kermany, AR et al. Microrresonadores con factores Q de más de un millón de carburo de silicio epitaxial altamente tensionado sobre silicio. aplicación física Letón. 104, 081901 (2014).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Yang, R. et al. Resonadores torsionales de microdisco 6H-SiC en tecnología "smart-cut". aplicación física Letón. 104, 091906 (2014).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Zhao, F., Du, W. & Huang, CF Fabricación y caracterización de microaccionadores de 4H-SiC monocristalinos para operación de frecuencia de MHz y determinación del módulo de Young. Microelectrón. Ing. 129, 53–57 (2014).

Artículo CAS Google Académico

Rakich, PT, Davids, P. & Wang, Z. Adaptación de fuerzas ópticas en guías de ondas a través de la presión de radiación y fuerzas electroestrictivas. Optar. Expreso 18, 14439–14453 (2010).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Tong, L., Mehregany, M. & Matus, LG Propiedades mecánicas del carburo de silicio 3C. aplicación física Letón. 60, 2992–2994 (1992).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Ziaei-Moayyed, M. et al. Resonador acústico a granel de sobretonos laterales de carburo de silicio con un factor de calidad ultraelevado. proc. Internacional IEEE Conf. MEMS. 788–792 (2011), 10.1109/MEMSYS.2011.5734543.

Ziaei-Moayyed, M. et al. Cavidades de cristal fonónico de carburo de silicio para resonadores micromecánicos. proc. Internacional IEEE Conf. MEMS. 1377–1381 (2011), 10.1109/MEMSYS.2011.5734691.

Gong, S., Kuo, N.-K. & Piazza, G. Resonadores de ondas acústicas a granel sobremodificados laterales de alto Q de GHz que utilizan una película delgada epitaxial de SiC. JMEMS Lett. 21, 253–255 (2012).

CAS Google Académico

Lin, CM et al. Placa compuesta AlN/3C-SiC que permite resonadores micromecánicos de alta frecuencia y alto Q. Adv. Mate. 24, 2722–2727 (2012).

Artículo CAS Google Académico

Jiang, WC, Lu, X., Zhang, J. & Lin, Q. Oscilador optomecánico de silicio de alta frecuencia con un umbral ultrabajo. Optar. Expreso 20, 15991–15996 (2012).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Liu, Y., Davanco, M., Aksyuk, V. y Srinivasan, K. Transparencia inducida electromagnéticamente y conversión de longitud de onda de banda ancha en resonadores optomecánicos de microdisco de nitruro de silicio. física Rev. Lett. 110, 223603 (2013).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Zhuang, D. & Edgar, JH Grabado húmedo de GaN, AlN y SiC: una revisión. Estera. ciencia Ing. R 45, 1–46 (2005).

Artículo Google Académico

Sensores Wright, NG y Horsfall, AB SiC: una revisión. J. física. D: aplicación física 40, 6345–6354 (2007).

Artículo CAS ANUNCIOS Google Académico

Oliveros, A., Guiseppi-Elie, A. & Saddow, SE Carburo de silicio: un material versátil para aplicaciones de biosensores. biomedicina Microdispositivos 15, 353–368 (2013).

Artículo Google Académico

Descargar referencias

Los autores agradecen a Philip X.-L. Feng para discusiones útiles. Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias bajo la subvención ECCS-1408517. Se realizó en parte en el Centro de Ciencia y Tecnología de NanoScale de Cornell (CNF), miembro de la Red Nacional de Infraestructura de Nanotecnología.

Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Rochester, Rochester, 14627, NY, EE. UU.

Xiyuan Lu

Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, Universidad de Rochester, Rochester, 14627, NY, EE. UU.

jonathan y. lee & qiang lin

Instituto de Óptica, Universidad de Rochester, Rochester, 14627, NY, EE. UU.

qiang lin

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

XL y JYL fabricaron los dispositivos y realizaron los experimentos. XL analizó los datos. QL planeó y supervisó el proyecto. Todos los autores participaron en la discusión de los resultados y la redacción del manuscrito.

Los autores declaran no tener intereses financieros en competencia.

Este trabajo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en la línea de crédito; si el material no está incluido bajo la licencia Creative Commons, los usuarios deberán obtener el permiso del titular de la licencia para reproducir el material. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Reimpresiones y permisos

Lu, X., Lee, J. & Lin, Q. Microrresonadores optomecánicos de carburo de silicio de alta frecuencia y alta calidad. Informe científico 5, 17005 (2015). https://doi.org/10.1038/srep17005

Descargar cita

Recibido: 27 mayo 2015

Aceptado: 22 de octubre de 2015

Publicado: 20 noviembre 2015

DOI: https://doi.org/10.1038/srep17005

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedIt

Informes científicos (2019)

Informes científicos (2019)

Fotónica de la naturaleza (2018)

Informes científicos (2016)

Informes científicos (2016)

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y Pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.