非晶硅中两能级系统所致机械与介电损耗的起源

非晶硅含有隧穿两能级系统，这是非晶固体在低温下的主导能量损耗机制。这些两能级系统影响机械与电磁振子，并被认为会产生热噪声、电磁噪声及能量损耗。然而，主导机械损耗与介电损耗的两能级系统是否相同尚不清楚；前者依赖于声子–TLS 耦合，具有弹性场耦合常数 $\gamma$，而后者取决于与电磁场耦合的 TLS 偶极矩 $p_0$。我们对采用电子束沉积、具有一系列生长参数的非晶硅薄膜进行了机械与介电损耗测量以及结构表征。与室温下生长的样品相比，425 $^{\circ}$C 下生长的样品机械损耗大幅降低（34 倍），而介电损耗降低幅度小得多（2.3 倍）。此外，机械损耗随薄膜增厚而单位体积损耗降低，介电损耗则随薄膜变薄而单位体积损耗降低。对这些结果的分析表明，机械损耗与原子密度相关，而介电损耗与悬键密度相关，暗示非晶硅中这两种能量耗散过程具有不同的起源。