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2022年11月03日
【中国科学报】中国科学技术大学等实现可滑动纳米机电谐振器

本报讯(见习记者王敏)中国科学技术大学郭光灿院士团队教授郭国平、副研究员宋骧骧等人与苏州大学教授Joel Moser及本源量子计算有限公司合作,实现了基于石墨烯的可滑动纳米机电谐振器。相关研究成果近日发表于《自然-通讯》。

郭国平研究组在前期研究工作中,发展出了一套预先刻蚀衬底、制备电极再转移石墨烯的纳米机电谐振器制备方式。在这样制备的器件中,石墨烯可以在支撑电极上滑动。研究团队发现,器件谐振频率随着栅压的往返调节展现出频率回滞环,环的大小受栅压变化范围和扫描速度的调制。这表明,器件谐振频率不仅依赖于施加栅压的大小,也与栅压的施加方式有关。

为了解释这一新奇实验结果,研究团队提出了可滑动纳米机械振子模型:一方面,增加栅压提高了石墨烯中的应力,使谐振频率上升;另一方面,在栅压产生的静电力作用下,石墨烯在固定点处发生了滑动,使悬浮部分长度增加,降低谐振频率。这两种机制的竞争导致了频率环的出现。利用这一模型进行理论计算,研究团队很好复现了实验结果。

研究团队进一步发现,频率环的面积与滑动过程中因摩擦所导致的能量损耗成正比,并据此估算了石墨烯与电极金属之间的摩擦耗散,与其他小组在扫描探针实验中测得的结果一致。这一结果表明,可滑动纳米机电谐振器可以为纳米摩擦力学研究提供新的研究方法和平台。

正如中国古琴、印度西塔琴、日本三味线等东方乐器,它们独特的音色来源于琴弦振动时固定点的含时变化。在纳米尺度的可滑动纳米机电谐振器中,滑动所引入的含时边界条件将极大丰富器件的振动性质,提供全新的器件力学性能调控手段。这一研究结果展示了在纳米尺度上实现新型固定方式的可能。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41467-022-34144-5


《中国科学报》 (2022-11-03 第3版 综合)

https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2022/11/371829.shtm

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