Electrode configuration and electrical dissipation of mechanical energy in quartz crystal resonators

Alpo Välimaa, J. T. Santos, Caspar Ockeloen-Korppi, Mika Sillanpää

Tutkimustuotos: LehtiartikkeliArticleScientificvertaisarvioitu

2 Sitaatiot (Scopus)

Abstrakti

Mechanical resonators made with monolithic piezoelectric quartz crystals are promising for studying new physical phenomena. High mechanical quality factors (Q) exhibited by the mm-sized quartz resonators make them ideal for studying weak couplings or long timescales in the quantum regime. However, energy losses through mechanical supports pose a serious limiting factor for obtaining high quality factors. Here we investigate how the Q of quartz resonators at deep cryogenic temperatures can be limited by several types of losses related to anchoring. We first introduce means to reduce the mechanical losses by more than an order of magnitude in a no-clamping scheme, obtaining Q-factors of 108 of the lowest shear mode. We can exclude a wide coverage of aluminum metalization on the disk or bond wires as sources of dissipation. However, we find a dramatic reduction of the Q-factor accompanying an electrode configuration that involves strong focusing of the vibrations in the disk center. We propose a circuit model that accounts for the reduced mechanical Q-factor in terms of electrical losses. In particular, we show how the limiting factor for losses can be small ohmic dissipation in a grounding connection, which can be interpreted as electrical anchor losses of the mechanical device.
AlkuperäiskieliEnglanti
Artikkeli095014
Sivut1-9
JulkaisuJournal of Micromechanics and Microengineering
Vuosikerta28
Numero9
DOI - pysyväislinkit
TilaJulkaistu - 2018
OKM-julkaisutyyppiA1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Electrode configuration and electrical dissipation of mechanical energy in quartz crystal resonators'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.
  • HOT WP2

    Sillanpää, M. (Vastuullinen tutkija), Ockeloen-Korppi, C. (Projektin jäsen), Zhou, J. (Projektin jäsen), Mercier de Lepinay, L. (Projektin jäsen) & Wang, C. (Projektin jäsen)

    01/01/201730/06/2021

    Projekti: EU: Framework programmes funding

  • Matalien lämpötilojen kvantti-ilmiöiden ja komponenttien huippuyksikkö

    Sillanpää, M. (Vastuullinen tutkija)

    01/01/201531/12/2017

    Projekti: Academy of Finland: Other research funding

  • CAVITYQPD: Cavity quantum phonon dynamics

    Välimaa, A. (Projektin jäsen), Ockeloen-Korppi, C. (Projektin jäsen), Santos, J. T. (Projektin jäsen), Damskägg, E. (Projektin jäsen), Sillanpää, M. (Vastuullinen tutkija), Rissanen, I. (Projektin jäsen), Kervinen, M. (Projektin jäsen), Brandt, M. (Projektin jäsen), Sulkko, J. (Projektin jäsen), Pirkkalainen, J.-M. (Projektin jäsen), Zhou, J. (Projektin jäsen), Mahato, S. (Projektin jäsen), Mercier de Lepinay, L. (Projektin jäsen), Mishra, H. (Projektin jäsen), Wang, C. (Projektin jäsen), Tong, F. (Projektin jäsen) & Crump, W. (Projektin jäsen)

    20/11/201431/12/2020

    Projekti: EU: ERC grants

Siteeraa tätä