Properties of nanocrystalline silicon probed by optomechanics
Navarro Urrios, Daniel (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Colombano Sosa, Martin (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Maire, Jeremie (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Chávez Ángel, Emigdio (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Arregui Bravo, Guillermo (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Capuj, Nestor Eduardo (Universidad de La Laguna. Departamento de Física)
Devos, Arnaud (Centre national de la recherche scientifique (França). Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie)
Griol, Amadeu. (Universitat Politècnica de València. Nanophotonics Technology Center)
Bellieres, Laurent (Universitat Politècnica de València. Nanophotonics Technology Center)
Martínez, Alejandro (Universitat Politècnica de València. Nanophotonics Technology Center)
Grigoras, Kestutis (VTT Technical Research Centre of Finland Ltd)
Häkkinen, Teija (VTT Technical Research Centre of Finland Ltd)
Saarilahti, Jaakko (VTT Technical Research Centre of Finland Ltd)
Makkonen, Tapani (VTT Technical Research Centre of Finland Ltd)
Sotomayor Torres, Clivia M. (Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia)
Ahopelto, Jouni (VTT Technical Research Centre of Finland Ltd)

Data:	2020
Resum:	Nanocrystalline materials exhibit properties that can differ substantially from those of their single crystal counterparts. As such, they provide ways to enhance and optimize their functionality for devices and applications. Here, we report on the optical, mechanical and thermal properties of nanocrystalline silicon probed by means of optomechanical nanobeams to extract information of the dynamics of optical absorption, mechanical losses, heat generation and dissipation. The optomechanical nanobeams are fabricated using nanocrystalline films prepared by annealing amorphous silicon layers at different temperatures. The resulting crystallite sizes and the stress in the films can be controlled by the annealing temperature and time and, consequently, the properties of the films can be tuned relatively freely, as demonstrated here by means of electron microscopy and Raman scattering. We show that the nanocrystallite size and the volume fraction of the grain boundaries play a key role in the dissipation rates through nonlinear optical and thermal processes. Promising optical (13,000) and mechanical (1700) quality factors were found in the optomechanical cavity realized in the nanocrystalline Si resulting from annealing at 950°C. The enhanced absorption and recombination rates via the intragap states and the reduced thermal conductivity boost the potential to exploit these nonlinear effects in applications including Nanoelectromechanical systems (NEMS), phonon lasing and chaos-based devices.
Ajuts:	European Commission 713450 Ministerio de Ciencia e Innovación PGC2018-101743-B-I00 Ministerio de Ciencia e Innovación PGC2018-094490-B-C22 Ministerio de Economía y Competitividad SEV-2017-0706 Ministerio de Ciencia e Innovación RYC-2014-15392
Drets:	Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, la comunicació pública de l'obra i la creació d'obres derivades, fins i tot amb finalitats comercials, sempre i quan es reconegui l'autoria de l'obra original.
Llengua:	Anglès
Document:	Article ; recerca ; Versió publicada
Matèria:	Annealing ; Cavity optomechanics ; Nanocrystalline silicon
Publicat a:	Nanophotonics, Vol. 9, issue 16 (Nov. 2020) , p. 4819-4829, ISSN 2192-8614

DOI: 10.1515/nanoph-2020-0489

11 p, 3.3 MB

El registre apareix a les col·leccions:
Documents de recerca > Documents dels grups de recerca de la UAB > Centres i grups de recerca (producció científica) > Ciències > Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2)
Articles > Articles de recerca
Articles > Articles publicats