New directions in piezoelectric phononic integrated circuits: exploiting field confinement (SOUNDMASTER)
压电声子集成电路的新方向:利用场限制(SOUNDMASTER)
基本信息
- 批准号:EP/Z000688/1
- 负责人:
- 金额:$ 266.88万
- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Research Grant
- 财政年份:2024
- 资助国家:英国
- 起止时间:2024 至 无数据
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The analogy between manipulating light and gigahertz (GHz) frequency acoustic waves in chip-scale platforms has been extensively explored, with ideas from silicon photonics, mainly strong geometric confinement and routing, being applied to acoustic waves to develop phononic integrated circuits (PnICs). It is important to note that while the light-sound analogy is generally applied to the strain field, acoustic waves in piezoelectric materials have a co-propagating electromagnetic (EM) field as well. This EM field, which oscillates at GHz frequencies, but is confined to acoustic wavelengths (~10^5 smaller), underpins the dominance of piezoelectric resonators and filters in radio frequency (RF) devices. Despite the advances made in PnICs in the past decade, the majority of piezoelectric devices, both bulk and surface wave based, still rely on weak transverse confinement and manipulation of quasi plane acoustic waves.This project seeks to answer the question: if one could actively control and manipulate these co-propagating EM fields in waveguide geometries with strong transverse confinement, what qualitatively new sensing and information processing paradigms can one enable?We show that by exploiting strong field enhancement in a PnIC platform, one can design resonant magnetic near field generators for electron spin resonance experiments that can improve the spin detection sensitivity by ~10^7, down to the thermal noise limit. In addition, by engineering acousto-electric interactions in waveguide geometries, acoustic phase shifters and mode-selective, non-reciprocal amplifiers can be realized that exert active control on acoustic wave propagation, and push active passive device integration to its limit, enabling a new class of devices for RF signal processing. To ensure these devices perform as expected, we also address the important question: can we get GHz frequency acoustic waves into and out of micrometre-scale devices with near-unity efficiency?
经过广泛探索了芯片尺度平台中的操纵光和吉尔赫茨(GHz)频率声波之间的类比,从而广泛探索了硅光子学的想法,主要是强烈的几何限制和路由,并应用于声波上,以开发音调集成电路(PNICS)。重要的是要注意,虽然光相类比通常应用于应变场,但压电材料中的声波也具有共同传播的电磁(EM)场。该EM场在GHz频率下振荡,但仅限于声学波长(较小〜10^5),这是压电谐振器和过滤器在射频(RF)设备中的优势。尽管过去十年在PNIC上取得了进步,但大多数压电设备,无论是基于批量和表面波还是基于较大的压电设备,仍然依赖于较弱范式可以启用吗?我们证明,通过利用PNIC平台中的强场增强,可以为电子旋转谐振实验设计共振磁性近距离磁场发电机,以将旋转检测灵敏度提高到〜10^7,然后降至热噪声极限。此外,通过工程声学的几何形状,声学相位变速器和模式选择性,可以认识到,可以认识到,可以认识到,非对重点放大器,可以在声波传播上施加主动控制,并将主动的被动设备集成到其极限上,从而实现RF信号设备的新类别的RF信号处理。为了确保这些设备按预期执行,我们还解决了一个重要的问题:我们是否可以将GHz频率波浪从微米尺度的设备带入和近乎统一的效率?
项目成果
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