利用超导隧道结作为声子换能器的微加工声子谱仪的设计与运行
介观与纳米尺度物理
2013-08-21 v1 材料科学
摘要
为了全面理解纳米尺度热输运，有必要对纳米结构中的声子传输进行光谱表征。为此，我们开发了一种微加工声子谱仪。我们利用基于微加工超导隧道结（STJ）的声子换能器，在硅微结构中发射和检测频率范围约为100至870 GHz的可调谐、非热平衡且光谱分辨的声学声子。我们表明，使用STJ进行声子光谱学可提供约15-20 GHz的光谱分辨率，这比热导测量用于探测纳米尺度声子输运的分辨率提高了约20倍。STJ是Al-AlxOy-Al隧道结，声子的发射和检测通过超导薄膜中的准粒子激发和衰变跃迁发生。我们详细阐述了谱仪的设计几何结构和约束条件、制造技术以及低噪声仪器，这些对于成功应用该技术进行纳米尺度声子研究至关重要。我们讨论了STJ发射器发射的声子的光谱分布以及STJ探测器检测它们的效率。我们证明声子在硅微结构中弹道传播，并且在我们这样的设计中可以实现亚微米空间分辨率。纳米结构和纳米材料中声子输运的光谱分辨测量将进一步推动声子的工程和利用，因此对纳米尺度热输运以及新兴的纳米声子学领域具有重要意义。
引用
@article{arxiv.1303.6133,
title = {Design and operation of a microfabricated phonon spectrometer utilizing superconducting tunnel junctions as phonon transducers},
author = {Obafemi O. Otelaja and Jared B. Hertzberg and Mahmut Aksit and Richard D. Robinson},
journal= {arXiv preprint arXiv:1303.6133},
year = {2013}
}
备注
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