我國制備出納米尺度上可滑動機電諧振器

據(jù)報道，中國科學技術大學郭光燦院士團隊與其他合作者及本源量子計算有限公司合作，實現(xiàn)了基于石墨烯的可滑動納米機電諧振器。相關研究成果新近發(fā)表于《自然·通訊》上。

一個振動物體的振動性質受到其固定方式的影響，這一規(guī)律不僅激勵人們在宏觀世界發(fā)明了各式各樣獨具特色的樂器，也指引人們在微觀尺度上設計制備不同類型的力學諧振器。其中，納米機電諧振器具有質量輕、頻率高和品質好，以及可調(diào)諧等優(yōu)點，在靈敏探測、信號傳感和信息處理等領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。但這些納米機電諧振器通常是被穩(wěn)定地固定在襯底上，能否在納米尺度上實現(xiàn)其他的固定方式，從而對納米機電諧振器的力學性能進行調(diào)控，逐漸地成為研究者們關注的問題。

作為二維材料的石墨烯，具有原子級平整的界面，其優(yōu)異的力學和電學性能，使其成為研究納米力學，制備納米機電諧振器的理想材料。郭光燦院士團隊郭國平教授研究組在前期研究工作中，發(fā)展出了一套預先刻蝕襯底、制備電極再轉移石墨烯的納米機電諧振器制備方式。在這樣制備的器件中，石墨烯可以在支撐電極上滑動。

為了解釋這一新奇的實驗結果，研究團隊提出了可滑動納米機械振子模型：一方面，增加柵壓來提高石墨烯中的應力，使諧振頻率上升；另一方面，在柵壓產(chǎn)生的靜電力作用下，石墨烯在固定點處發(fā)生了滑動，使懸浮部分的長度增加，降低了諧振頻率。利用這一模型進行理論計算，研究團隊很好地復現(xiàn)了實驗結果。結果表明，可滑動納米機電諧振器可以為納米摩擦力學研究提供新的研究方法和平臺。

正如中國古琴、印度西塔琴和日本三味線等東方樂器一樣，它們獨特的音色來源于琴弦振動時固定點的含時變化。在納米尺度的可滑動納米機電諧振器中，滑動所引入的含時邊界條件將極大地豐富器件的振動性質，提供全新的器件力學性能調(diào)控手段。這一研究結果展示了在納米尺度上實現(xiàn)新型固定方式的可能性。