Cr$_2$O$_3$薄膜引起的热控应力的NV显微成像
应用物理
2023-05-23 v2 材料科学
摘要
许多现代应用，包括量子计算和量子传感，都使用衬底-薄膜界面。特别是，铬或钛及其氧化物的薄膜通常用于将各种结构（如谐振器、掩模或微波天线）结合到金刚石表面。由于所涉及材料的热膨胀不同，此类薄膜和结构可能会产生显著的应力，需要对其进行测量或预测。在本文中，我们展示了在19C和37C温度下，通过使用NV色心中对应力敏感的光探测磁共振（ODMR）技术，对沉积有CrO结构的金刚石顶层应力进行成像。我们还通过有限元分析计算了金刚石-薄膜界面中的应力，并将其与测量的ODMR频移相关联。正如模拟所预测的，测量的高对比度频移图案仅由热应力引起，其沿NV轴的自旋-应力耦合常数为211 MHz/GPa，这与先前从金刚石悬臂梁中的单个NV色心获得的常数一致。我们证明，NV显微术是一个方便的平台，可以以微米精度光学检测和量化金刚石基光子器件中应力的空间分布，并提出将薄膜作为局部施加温度控制应力的一种手段。我们的结果还表明，薄膜结构会在金刚石衬底中产生显著的应力，这在基于NV的应用中应予以考虑。
引用
@article{arxiv.2111.12979,
title = {NV microscopy of thermally controlled stresses caused by Cr$_2$O$_3$ thin films},
author = {Andris Berzins and Janis Smits and Andrejs Petruhins and Roberts Rimsa and Gatis Mozolevskis and Martins Zubkins and Ilja Fescenko},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.12979},
year = {2023}
}
备注
11 pages, 6 figures