High-Precision Displacement Sensing of Monolithic Piezoelectric Disk Resonators Using a Single-Electron Transistor

J. Li, J. T. Santos, M. A. Sillanpää

Tutkimustuotos: LehtiartikkeliArticleScientificvertaisarvioitu

6 Sitaatiot (Scopus)

Abstrakti

A single-electron transistor (SET) can be used as an extremely sensitive charge detector. Mechanical displacements can be converted into charge, and hence, SETs can become sensitive detectors of mechanical oscillations. For studying small-energy oscillations, an important approach to realize the mechanical resonators is to use piezoelectric materials. Besides coupling to traditional electric circuitry, the strain-generated piezoelectric charge allows for measuring ultrasmall oscillations via SET detection. Here, we explore the usage of SETs to detect the shear-mode oscillations of a 6-mm-diameter quartz disk resonator with a resonance frequency around 9 MHz. We measure the mechanical oscillations using either a conventional DC SET, or use the SET as a homodyne or heterodyne mixer, or finally, as a radio-frequency single-electron transistor (RF-SET). The RF-SET readout is shown to be the most sensitive method, allowing us to measure mechanical displacement amplitudes below 10−13 m. We conclude that a detection based on a SET offers a potential to reach the sensitivity at the quantum limit of the mechanical vibrations.
AlkuperäiskieliEnglanti
Sivut1-14
Sivumäärä14
JulkaisuJournal of Low Temperature Physics
Varhainen verkossa julkaisun päivämäärä7 helmik. 2018
DOI - pysyväislinkit
TilaJulkaistu - 2018
OKM-julkaisutyyppiA1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'High-Precision Displacement Sensing of Monolithic Piezoelectric Disk Resonators Using a Single-Electron Transistor'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.
  • 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