石墨烯納米諧振器研究取得新突破 實現(xiàn)諧振模式的非近鄰耦合

從中國科技大學獲悉，該校郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室在納米機電系統(tǒng)（NEMS）方面取得最新進展。該實驗室與美國加州大學團隊合作，在研究兩個石墨烯納米諧振器的模式耦合過程中，創(chuàng)新性地引入第三個諧振器作為聲子腔模，成功地實現(xiàn)了非近鄰的模式耦合。相關研究成果發(fā)表在近日出版的《自然通訊》上。

納米諧振器具有尺寸小、穩(wěn)定性好、品質(zhì)因子高等優(yōu)點，是信息存儲和操控的優(yōu)良載體。為了實現(xiàn)不同諧振模式之間的信息傳遞，需要先實現(xiàn)模式間的可控耦合。近年來，國際上不同研究組針對同一諧振器中的不同諧振模式以及近鄰諧振器之間的模式耦合機制進行了深入研究。然而，對于如何實現(xiàn)非近鄰的、可調(diào)的諧振模式耦合，國際上一直未見相關報道。

針對這一難題，研究組設計和制備了三個串聯(lián)的石墨烯納米諧振器，每個諧振器的諧振頻率可以通過各自底部的金屬電極進行大范圍的調(diào)節(jié)，因此只要設定合適的電極電壓就可以實現(xiàn)三個諧振器的共振耦合。研究組首先測量到了兩個近鄰諧振器之間的模式劈裂，證明了在該串聯(lián)結構中近鄰諧振器可以達到強耦合區(qū)間，這為進一步探索第一個和第三個諧振器之間的耦合創(chuàng)造了條件。經(jīng)過實驗探索，研究組發(fā)現(xiàn)當把中間諧振器的共振頻率調(diào)到遠高于（或遠低于）兩端諧振器的共振頻率時，兩端諧振器之間不能發(fā)生模式劈裂，即二者耦合強度非常小;但是當中間諧振器的共振頻率逐漸靠近兩端諧振器的共振頻率時，兩端諧振器逐漸產(chǎn)生模式劈裂，且劈裂值逐漸增大。

該實驗是首次在納米諧振器體系中實現(xiàn)諧振模式的非近鄰耦合，對于納米機電諧振器領域的發(fā)展具有重要的推動意義，并且為將來在量子區(qū)間利用聲子模式進行信息的長程傳遞創(chuàng)造了條件。