Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2013, № 2 · PHYSICAL PROBLEMS OF ELECTRONICS

Детектирование резонансных крутильных колебаний квазиодномерного проводника TaS 3 методом гетеродинного смешения

M.V. Nikitin1, V.I. Pokrovskii1, S.G. Zybtsev1

1 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
Full text (PDF) EDN PXPORF

Abstract

Proposed is the technique for detection of torsional oscillations of whiskers of orthorhombic TaS 3 – a quasi one-dimensional conductor with charge-density wave (CDW). The technique is based on the frequency modulation of the voltage applied across the sample. The torsional oscillations are induced by the intrinsic torque arising in the CDW sample under electric field, and the conductivity modulation is induced by the torsional strain of the sample. In this the technique is essentially different from those applied before. It is promising for studies of the high-frequency electromechanical properties of the CDW conductors, including nanosized samples.

  • Charge-density wave
  • nanomechanics
  • MEMS-NEMS
  • actuator
  • heterodyne
  • elastic moduli
Аннотация (на русском)

Детектирование резонансных крутильных колебаний квазиодномерного проводника TaS 3 методом гетеродинного смешения

Предложен способ детектирования резонансных крутильных колебаний вискеров ромбического TaS 3, – квазиодномерного проводника с волной зарядовой плотности (ВЗП) – с использованием частотной модуляции напряжения на образце. При этом крутильные колебания индуцируются внутренним закручивающим моментом, возникающим в образце в электрическом поле, а модуляция проводимости вызвана крутильной деформацией образца, что принципиально отличает методику от известных ранее. Методика перспективна для исследования высокочастотных электромеханических свойств квазиодномерных проводников, в том числе, наноразмерных.

For citation

Nikitin M.V., Pokrovskii V.I., Zybtsev S.G. Детектирование резонансных крутильных колебаний квазиодномерного проводника TaS 3 методом гетеродинного смешения // Journal of Radio Electronics. – 2013. – No. 2.

References

  1. K. Jensen, K. Kim, A. Zettl. „An atomic-resolution nanomechanical mass sensor". // Nat. Nanotech. 2008. V. 3. P. 533 - 537.
  2. A.D. O'Connell, M. Hofheinz, M. Ansmann et al. „Quantum ground state and single-phonon control of a mechanical resonator". // Nature 2010. V. 464. P. 697-703.
  3. Masmanidis S. C., Karabalin R. B., Vlaminck I. De et al. "Multifunctional Nanomechanical Systems via Tunably Coupled Piezoelectric Actuation" // Science 2007. V. 317. P. 780-783.
  4. S.J. Papadakis, A.R. Hall, P.A. Williams et al. "Resonant Oscillators with Carbon-Nanotube Torsion Springs" // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 93. P. 146101(1-4).
  5. R. Gao, Z.L. Wang, Z. Bai et al. "Nanomechanics of Individual Carbon Nanotubes from Pyrolytically Grown Arrays" // Phys. Rev. Lett. 2000. V. 85. P. 622-625.
  6. V.Ya. Pokrovskii, S.G. Zybtsev, V.B. Loginov. et al. "Deformations of charge-density wave crystals under electric field". // Physica B 2009. V 404. P. 437-443.
  7. V. Sazonova, Y. Yaish, Y. Ustunel et al. "A tunable carbon nanotube electromechanical oscillator". // Nature 2004. V. 431. P. 284-287.
  8. V. Gouttenoire, T. Barois, S. Perisanu et al. "Digital and FM Demodulation of a Doubly Clamped Single-Walled Carbon-Nanotube Oscillator: Towards a Nanotube Cell Phone". // Small 2010. V. 6. P. 1060-1065.
  9. V. Sazonova. "A Tunable Carbon Nanotube Resonator" // Ph.D. Thesis, Cornell University http://www.lassp.cornell.edu/lassp_data/mceuen/homepage/Publications/Thesis_Sazonova.pdf
  10. S. Sengupta, N. Samudrala, V. Singh. et al. "Plasmon mode modis the elastic response of a nanoscale charge density wave system". // Cond-mat/12084453 (2012)
  11. J.W. Brill in Handbook of Elastic Properties of Solids, Liquids, and Gases (Editors-in-ChiefMLevy,HE Bass,RRStern) Vol. II Elastic Properties of Solids: Theory, Elements and Compounds, Novel Materials, Alloys, and Building Materials (Ed. M Levy) (San Diego: Academic Press, 2001) Ch. 10, p. 143
  12. P. Monceau. "Electronic crystals: an experimental overview". // Advances in Physics 2012. V. 61. P. 325-581.
  13. V.Ya. Pokrovskii, S.G. Zybtsev, I.G. Gorlova. "Torsional Strain of TaS3 Whiskers on the Charge-Density Wave Depinning". // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 98. P. 206404.
  14. V.Ya. Pokrovski, S.G. Zybtsev. "Self-sensitive torsional microresonators based on a charge-density wave system". // Cond-mat/07082694 (2007)
  15. J. Nichols, D. Dominko, L. Ladino, J. Zhou, J.W. Brill. "Characterization of the torsional piezoelectriclike response of tantalum trisulfide associated with charge-density-wave depinning" // Phys. Rev. B 2009. V. 79. P. 241110(R) V. 80. P. 039903(E).
  16. Если ток пропускать через весь образец, то, в первом приближении, в нём возникает однородное закручивающее усилие [13]. Если оба его конца закреплены, деформации не возникнет.
  17. С.Г. Зыбцев, М.В. Никитин, В.Я. Покровский. «Ступеньки Шапиро в кручении квазиодномерного проводника TaS3». // Письма в ЖЭТФ 2010. Т. 92, С. 448-453.
  18. В.Я. Покровский, С.Г. Зыбцев, М.В. Никитин и др. // УФН 2012. «Высокочастотные, «квантовые» и электромеханические эффекты в квазиодномерных кристаллах с волной зарядовой плотности», обзор, УФН 2013. Т. 183. С. 33
  19. H. Zhang, J. Nichols, and J.W. Brill. "Torque and temperature dependence of the hysteretic voltage-induced torsional strain in tantalum trisulfide". // Phys. Rev. B 2011. V. 84. P. 125134.
  20. Взятышев В.Ф., Нарытник Т.Н., Рябов Б.А., Емельяненков Б.Н., Банков С.Е. // Обзоры по электронной технике. - М.: ЦНИИ "Электроника", 1985, Вып. 13, 62 с.
  21. Взятышев В.Ф. Диэлектрические волноводы. М.: Сов. Радио. 1970.
  22. M. Ettorre, S. Bruni, G. Gerini, A. Neto, N. Llombart, S. Maci, Sector PCS-EBG Antenna for Low Cost High Directivity Applications, Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol.6, pp. 537-539, Dec. 2007.
  23. Bankov S.E., Douplenkova M.D., Kalinichev V.I., Kozin V.N., Levchenko I.V., Kuranov U.V., Rodionova E.V., Vasjukov V.D. 60 GHz Sensors Based on Dielectric Slotted Waveguide // 22nd European Microwave Conf. Proc. of Workshop "Commercial Applications of Microwave and Millimeter Waves", 1992, p.p. 41-46.
  24. Банков С.Е. Щелевые интегральные схемы миллиметрового диапазона // РЭ. 2006, Т. 51, №9, С. 1066-1086.
  25. Корнблит С. СВЧ оптика. М.: «Связь». 1980.
  26. С.Е. Банков. Проектирование и экспериментальное исследование решетки щелевых излучателей. // РЭ, 2004, т.49, №6, с. 701-706.
  27. Банков С.Е., Весник М.В. Квазиоптический возбудитель антенной решетки на основе EBG структуры // РЭ. 2009. Т. 54. № 11, С. 1256-1266.
  28. Банков С.Е. Электромагнитные кристаллы. М.: Физматлит. 2010.
  29. Mosallaei H., Rahmat-Samii Y. // IEEE Trans. 2003. V. AP-51. №3. P. 549.
  30. Нефедов Е.И., Фиалковский А.Т. Полосковые линии передачи. М.: Наука. 1980.
  31. Силин Р.А. Периодические волноводы. М.: ФАЗИС. 2002. Kalinichev V.I. // IEICE Trans. On Electronics, 1995, v. Et8-C, №10, p. 1447.
  32. Гуткин Л.С. Оптимизация радиоэлектронных устройств по совокупности показателей качества. М.: Сов. радио, 1975.
  33. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. М.: Высш. школа. 1988.
  34. Левин Л. Теория волноводов. М.: Мир, 1978.