Piezoelektrisch angetriebenes diamantphononisches Nanokavitätsschema für Quantenanwendungen

Die effiziente Anregung und Kontrolle von Phononen in diamantnen Nanoresonatoren stellt eine grundlegende Herausforderung für Quantenanwendungen dar. Hier demonstrieren wir theoretisch die Möglichkeit, mechanische Modi innerhalb einer Doppel-Hybrid-Kavität (DHC) zu erzeugen, die durch die Anbindung an eine diamantene Kavität und einer zweiten Kavität aus Aluminium-Nitrid gebildet wird. Letztere ist piezoelektrisch und dient als Mikrowellen-zu-Phonon-Transducer, der mechanische Modi in der gesamten DHC aktiviert. Wir zeigen den Prozess zur Anpassung der phononischen Eigenschaften der Kavitäten, sodass sie koordiniert in der DHC arbeiten und einen gut eingeengten Modus erzielen. Im Diamantteil der Kavität repliziert dieser Modus den Grundmodus der einzelnen diamantenen Kavität, was zeigt, dass der piezoelektrische Transducer den individuellen Grundmodus des Diamanten nicht verändert. Im piezoelektrischen Teil führt die starke Einschränkung von Stress und elektrischem Feld zu einer hohen piezoelektrischen Kopplungsrate, was die Effektivität einer phononischen Kavität als Transducer demonstriert. Die Studie wird im Rahmen einer Quantenvernetzungsanwendung kontextualisiert, wobei die DHC als Spin-Qubit fungiert und die spin-mechanische Kopplung innerhalb der diamantfarbenen Zentren ausnutzt.