A new method of probing mechanical losses and comparing the corresponding deposition processes of metallic and dielectric coatings in 1-100 MHz frequency range and cryogenic temperatures is presented. The method is based on the use of high-quality quartz acoustic cavities whose internal losses are orders of magnitude lower than any available coating nowadays. The approach is demonstrated for chromium, chromium/gold, and multilayer tantala/silica coatings. The Ta2O5/SiO2 coating has been found to exhibit a loss angle lower than 1.6 × 10−5 near 30 MHz at 4 K. The results are compared to the previous measurements.

1.
F.
Riehle
,
Frequency Standards: Basics and Applications
(
Wiley-VCH Verlag GmbH Co. KGaA
,
2004
).
2.
L.
Catherinot
,
S.
Giraud
,
M.
Chatras
,
S.
Bila
,
D.
Cros
,
T.
Baron
,
S.
Ballandras
,
L.
Estagerie
, and
P.
Monfraix
,
Int. J. RF Microwave Comput.-Aided Eng.
21
,
458
(
2011
).
3.
A.
Janshoff
,
H.-J.
Galla
, and
C.
Steinem
,
Angew. Chem., Int. Ed.
39
,
4004
(
2000
).
4.
M.
Aspelmeyer
,
T. J.
Kippenberg
, and
F.
Marquardt
,
Rev. Mod. Phys.
86
,
1391
(
2014
).
5.
M.
Goryachev
,
D. L.
Creedon
,
S.
Galliou
, and
M. E.
Tobar
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
085502
(
2013
).
6.
S.
Galliou
,
M.
Goryachev
,
P.
Abbé
,
X.
Vacheret
,
M.
Tobar
, and
R.
Bourquin
,
IEEE Trans. Ultrason., Ferroelectrics, Freq. Control
63
,
975
(
2016
).
7.
S.
Galliou
,
M.
Goryachev
,
R.
Bourquin
,
P.
Abbé
,
J. P.
Aubry
, and
M. E.
Tobar
,
Sci. Rep.
3
,
2132
(
2013
).
8.
M.
Goryachev
,
M.
Tobar
, and
S.
Galliou
, in
Proceedings of 2013 joint UFFC, EFTF and PFM Symposium, Prague, Czech Republic, July 2013
(
IEEE
,
2013
), pp.
937
943
.
9.
A.
Lo
,
P.
Haslinger
,
E.
Mizrachi
,
L.
Anderegg
,
H.
Müller
,
M.
Hohensee
,
M.
Goryachev
, and
M. E.
Tobar
,
Phys. Rev. X
6
,
011018
(
2016
).
10.
M.
Goryachev
and
M. E.
Tobar
,
Phys. Rev. D
90
,
102005
(
2014
).
11.
M.
Goryachev
and
M. E.
Tobar
,
New J. Phys.
16
,
083007
(
2014
).
12.
M. J.
Woolley
,
M. F.
Emzir
,
G. J.
Milburn
,
M.
Jerger
,
M.
Goryachev
,
M. E.
Tobar
, and
A.
Fedorov
,
Phys. Rev. B
93
,
224518
(
2016
).
13.
A.
Arvanitaki
,
S.
Dimopoulos
, and
K. V.
Tilburg
,
Phys. Rev. Lett.
116
,
031102
(
2016
).
14.
M.
Rodahl
,
F.
Höök
,
A.
Krozer
,
P.
Brzezinski
, and
B.
Kasemo
,
Rev. Sci. Instrum.
66
,
3924
(
1995
).
15.
M. C.
Dixon
,
J. Biomol. Tech.
19
,
151
(
2008
), available at https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2563918/.
16.
S.
Galliou
,
X.
Vacheret
,
P.
Abbé
,
R.
Bourquin
,
S.
Deléglise
,
L.
Neuhaus
,
T.
Karassouloff
,
T.
Briant
,
P.-F.
Cohadon
,
A.
Heidmann
,
M.
Goryachev
,
M. E.
Tobar
,
V.
Dolique
,
L.
Pinard
,
C.
Michel
,
R.
Flaminio
, and
G.
Cagnoli
, in
Proceedings of the 2016 IEEE International Frequency Control Symposium, New Orleans, 2016
(
IEEE
,
2016
), pp.
93
95
.
17.
G. M.
Harry
,
A. M.
Gretarsson
,
P. R.
Saulson
,
S. E.
Kittelberger
,
S. D.
Penn
,
W. J.
Startin
,
S.
Rowan
,
M. M.
Fejer
,
D. R. M.
Crooks
,
G.
Cagnoli
,
J.
Hough
, and
N.
Nakagawa
,
Classical Quantum Gravity
19
,
897
(
2002
).
18.
S.
Gröblacher
,
S.
Gigan
,
H. R.
Böhm
,
A.
Zeilinger
, and
M.
Aspelmeyer
,
Europhys. Lett.
81
,
54003
(
2008
).
19.
D.
Brodoceanu
,
G. D.
Cole
,
N.
Kiesel
,
M.
Aspelmeyer
, and
D.
Bäuerle
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
041104
(
2010
).
20.
S.
Gras
,
D.
Blair
, and
L.
Ju
,
Phys. Lett. A
372
,
1348
(
2008
).
21.
D. S.
Stevens
and
H. F.
Tiersten
,
J. Acoust. Soc. Am.
79
,
1811
(
1986
).
22.
S.
Galliou
,
J.
Imbaud
,
M.
Goryachev
,
R.
Bourquin
, and
P.
Abbé
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
091911
(
2011
).
23.
S.
Galliou
,
J.
Imbaud
,
R.
Bourquin
,
N.
Bazin
, and
P.
Abbé
, in
Proceedings 22nd European Frequency Control Symposium
(
2008
).
24.
S. D.
Penn
,
P. H.
Sneddon
,
H.
Armandula
,
J. C.
Betzwieser
,
G.
Cagnoli
,
J.
Camp
,
D. R. M.
Crooks
,
M. M.
Fejer
,
A. M.
Gretarsson
,
G. M.
Harry
,
J.
Hough
,
S. E.
Kittelberger
,
M. J.
Mortonson
,
R.
Route
,
S.
Rowan
, and
C. C.
Vassiliou
,
Classical Quantum Gravity
20
,
2917
(
2003
).
25.
L.
Landau
and
G.
Rumer
,
Phys. Z. Sowjetunion
11
,
18
(
1937
).
26.
H.
Maris
, “
Physical acoustics
,” in
Interaction of Sound Waves with Thermal Phonons in Dielectric Crystals
(
Academic
,
1971
), p.
279
.
27.
J.
Lamb
and
J.
Richter
,
Proceedings of the Royal Society of London
,
Series A, Mathematical and Physical Sciences
(
The Royal Society Publishing
,
1966
), Vol. 293, issue 1435, pp. 479–492.
28.
D. R. M.
Crooks
,
G.
Cagnoli
,
M. M.
Fejer
,
A.
Gretarsson
,
G.
Harry
,
J.
Hough
,
N.
Nakagawa
,
S.
Penn
,
R.
Route
,
S.
Rowan
, and
P. H.
Sneddon
,
Classical Quantum Gravity
21
,
S1059
(
2004
).
29.
K.
Yamamoto
,
S.
Miyoki
,
T.
Uchiyama
,
H.
Ishitsuka
,
M.
Ohashi
,
K.
Kuroda
,
T.
Tomaru
,
N.
Sato
,
T.
Suzuki
,
T.
Haruyama
,
A.
Yamamoto
,
T.
Shintomi
,
K.
Numata
,
K.
Waseda
,
K.
Ito
, and
K.
Watanabe
,
Phys. Rev. D
74
,
022002
(
2006
).
30.
K.
Yamamoto
,
S.
Miyoki
,
T.
Uchiyama
,
H.
Ishitsuka
,
M.
Ohashi
,
K.
Kuroda
,
T.
Tomaru
,
N.
Sato
,
T.
Suzuki
,
T.
Haruyama
,
A.
Yamamoto
,
T.
Shintomi
,
K.
Numata
,
K.
Waseda
,
K.
Ito
, and
K.
Watanabe
,
Classical Quantum Gravity
21
,
S1075
(
2004
).
31.
E.
Hirose
,
K.
Craig
,
H.
Ishitsuka
,
I. W.
Martin
,
N.
Mio
,
S.
Moriwaki
,
P. G.
Murray
,
M.
Ohashi
,
S.
Rowan
,
Y.
Sakakibara
,
T.
Suzuki
,
K.
Waseda
,
K.
Watanabe
, and
K.
Yamamoto
,
Phys. Rev. D
90
,
102004
(
2014
).
33.
H.
Deresiewicz
,
J. Acoust. Soc. Am.
29
,
204
(
1957
).
34.
R.
Zeller
and
R.
Pohl
,
Phys. Rev. B
4
,
2029
(
1971
).
35.
T.
Barron
,
J. F.
Collins
,
T. W.
Smith
, and
G. K.
White
,
J. Phys. C: Solid State Phys.
15
,
4311
(
1982
).
36.
B. S.
Berry
and
W. C.
Pritchet
,
J. Phys. Colloq.
42
(
C5
),
1111
(
1981
).
37.
L. D.
Landau
and
E. M.
Lifshitz
,
Theory of Elasticity
, 3rd ed. (
Pergamon Press
,
Oxford, New-York, Paris
,
1975
).
38.
J.
Lintymer
,
J.
Gavoille
,
N.
Martin
, and
J.
Takadoum
,
Surf. Coat. Technol.
174
,
316
(
2003
).
39.
C.
Liang
and
B. C.
Prorok
,
J. Micromech. Microeng.
17
,
709
(
2007
).
40.
R.
Whiting
and
M. A.
Angadi
,
Meas. Sci. Technol.
1
,
662
(
1990
).
41.
P.
Lu
,
F.
Shen
,
S.
O’Shea
,
K. H.
Lee
, and
T. Y.
Ng
,
Mater. Phys. Mech.
4
,
51
(
2001
).
42.
R.
Sandberg
,
K.
Molhave
,
A.
Boisen
, and
W.
Svendsen
,
J. Micromech. Microeng.
15
,
2249
(
2005
).
43.
P. J.
Martin
,
A.
Bendavid
 et al, “
Thin films: Stresses and mechanical properties IV
,”
Mat. Res. Soc. Symp.
308
,
583
(
1993
).
44.
M. R.
Abernathy
,
J.
Hough
,
I. W.
Martin
,
S.
Rowan
,
M.
Oyen
,
C.
Linn
, and
J. E.
Faller
,
Appl. Opt.
15
,
3196
(
2014
).
45.
U.
Bartell
and
S.
Hunklinger
,
J. Phys.
43
(
C9
),
489
(
1982
).
46.
K. A.
Topp
and
D. G.
Cahill
,
Z. Phys. B
101
,
235
(
1996
).
47.
M.
Principe
,
I. M.
Pinto
,
V.
Pierro
,
R.
DeSalvo
,
I.
Taurasi
,
A. E.
Villar
,
E. D.
Black
,
K. G.
Libbrecht
,
C.
Michel
,
N.
Morgado
, and
L.
Pinard
,
Phys. Rev. D
91
(
2
),
022005
(
2015
).
48.
A.
Schröter
,
Mechanical Losses in Materials for Future Cryogenic Gravitational Wave Detectors
(
Friedrich Schiller Universität Jena Germany
,
1976
).
49.
R.
Nawrodt
,
Kryogene Gütemessung an Optischen Substratmaterialien für Zukünftige Gravitationswellendetektoren
(
Friedrich Schiller Universität Jena Germany
,
1978
).
50.
J.
Franc
,
N.
Morgado
,
R.
Flaminio
,
R.
Nawrodt
,
I.
Martin
,
L.
Cunningham
,
A.
Cumming
,
S.
Rowan
, and
J.
Hough
, e-print arXiv:0912.0107v1 [gr-qc] (
2009
).
51.
M.
Granata
,
L.
Balzarini
,
J.
Degallaix
,
V.
Dolique
,
R.
Flaminio
,
D.
Forest
,
D.
Hofman
,
C.
Michel
,
R.
Pedurand
,
L.
Pinard
,
B.
Sassolas
,
N.
Straniero
,
J.
Teillon
, and
G.
Cagnoli
,
Arch. Metall. Mater.
60
,
365
(
2015
).
52.
I. W.
Martin
,
E.
Chalkley
,
R.
Nawrodt
,
H.
Armandula
,
R.
Bassiri
,
C.
Comtet
,
M. M.
Fejer
,
A.
Gretarsson
,
G.
Harry
,
D.
Heinert
,
J.
Hough
,
I.
MacLaren
,
C.
Michel
,
J.-L.
Montorio
,
N.
Morgado
,
S.
Penn
,
S.
Reid
,
R.
Route
,
S.
Rowan
,
C.
Schwarz
,
P.
Seidel
,
W.
Vodel
, and
A. L.
Woodcraft
,
Classical Quantum Gravity
26
,
155012
(
2009
).
53.
M. S.
Blanter
,
I. S.
Golovin
,
H.
Neuhäuser
, and
H.-R.
Sinning
,
Handbook on Internal Friction in Metallic Materials
(
Springer
,
2007
).
54.
K.
Uozumi
,
T.
Nakada
, and
A.
Kinbara
,
Thin Solid Films
12
,
67
(
1972
).
You do not currently have access to this content.