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科研進展

2021年10月15日
中國科大在可調納米機電二維陣列上取得進展

愛游戲體育(yu)登錄郭(guo)光燦院士(shi)團隊(dui)在(zai)可調納米(mi)(mi)機電(dian)二維陣(zhen)列上取(qu)得重要(yao)進展。該團隊(dui)郭(guo)國平、宋驤(xiang)驤(xiang)等人(ren)與本源量(liang)子計(ji)算有限公司合作,設計(ji)實現了基于石墨烯的納米(mi)(mi)機電(dian)二維陣(zhen)列器件,展示了對呈帶狀分布的諧振頻(pin)率(lv)的電(dian)學調節。相關研(yan)究成果近日以“Graphene-Based Nanoelectromechanical Periodic Array with Tunable Frequency”為題(ti),發表于《納米(mi)(mi)快報》(Nano Letters)上。

具(ju)有周期性陣列結(jie)(jie)(jie)構的(de)納米機電系統,其(qi)機械(xie)振(zhen)動響應在頻率上可(ke)以展(zhan)現(xian)出帶(dai)(dai)狀結(jie)(jie)(jie)構,用(yong)以制備(bei)聲(sheng)(sheng)子(zi)(zi)(zi)晶(jing)體(ti)。聲(sheng)(sheng)子(zi)(zi)(zi)晶(jing)體(ti)因其(qi)在調控聲(sheng)(sheng)子(zi)(zi)(zi)耗散及操縱聲(sheng)(sheng)子(zi)(zi)(zi)傳(chuan)播(bo)等(deng)方面的(de)巨大(da)(da)潛(qian)力,吸引(yin)了廣(guang)泛(fan)的(de)研究(jiu)關注(zhu)。通過設(she)計(ji)合適的(de)聲(sheng)(sheng)子(zi)(zi)(zi)能(neng)帶(dai)(dai)結(jie)(jie)(jie)構,可(ke)以大(da)(da)大(da)(da)提高嵌(qian)入其(qi)中的(de)聲(sheng)(sheng)學(xue)諧振(zhen)器的(de)品(pin)質因子(zi)(zi)(zi),提升聲(sheng)(sheng)子(zi)(zi)(zi)壽命。與此同時(shi),聲(sheng)(sheng)子(zi)(zi)(zi)晶(jing)體(ti)還可(ke)以用(yong)于制備(bei)聲(sheng)(sheng)學(xue)波導,實現(xian)聲(sheng)(sheng)子(zi)(zi)(zi)傳(chuan)遞。對聲(sheng)(sheng)子(zi)(zi)(zi)晶(jing)體(ti)的(de)研究(jiu),漸漸成為了近(jin)年(nian)來的(de)熱(re)點研究(jiu)方向(xiang)之一。然而(er),對聲(sheng)(sheng)子(zi)(zi)(zi)能(neng)帶(dai)(dai)結(jie)(jie)(jie)構的(de)調控,往往通過設(she)計(ji)制備(bei)不同幾何參數的(de)器件來實現(xian),如(ru)何對能(neng)帶(dai)(dai)結(jie)(jie)(jie)構進行(xing)外場調節,仍(reng)然充滿挑戰。

有鑒于(yu)此,愛游戲體育登錄(lu)郭光燦院(yuan)士團隊郭國平教授研究(jiu)組,利(li)用石(shi)墨(mo)(mo)烯優異的(de)(de)(de)(de)力學和電(dian)學性能(neng),設計制(zhi)備(bei)了基于(yu)石(shi)墨(mo)(mo)烯的(de)(de)(de)(de)可調納米機電(dian)二維(wei)陣列器(qi)(qi)件(jian)。研究(jiu)組先在(zai)襯底上(shang)刻蝕得到均勻的(de)(de)(de)(de)周期(qi)性柱狀陣列,再利(li)用微納工(gong)藝制(zhi)備(bei)電(dian)極(ji),最后將合(he)適厚度的(de)(de)(de)(de)石(shi)墨(mo)(mo)烯轉移至已制(zhi)備(bei)好的(de)(de)(de)(de)結(jie)構上(shang),實(shi)現基于(yu)石(shi)墨(mo)(mo)烯的(de)(de)(de)(de)納米機電(dian)二維(wei)周期(qi)陣列器(qi)(qi)件(jian)。通過電(dian)學表(biao)征的(de)(de)(de)(de)方法,研究(jiu)人員發現器(qi)(qi)件(jian)在(zai)極(ji)大頻率(lv)范圍內(~120 MHz到~980 MHz)展(zhan)現出大量準連續的(de)(de)(de)(de)諧(xie)振模式,而(er)且頻率(lv)可以被柵極(ji)電(dian)壓調節(jie),其分布與理論模擬結(jie)果吻合(he)。

這一設計可拓(tuo)展至更多單元,可應用于不同二維材料甚至基于它們(men)的異質結構。采用不同設計的柱狀陣列,可以(yi)對聲子(zi)(zi)能帶結構進行調節,不僅(jin)可用于制(zhi)備不同功能的聲學(xue)器件,也可用于研究拓(tuo)撲(pu)聲學(xue)等基本物理現象。該研究結果(guo)提供了(le)一種(zhong)在微納(na)尺度上,實現電學(xue)激發、電學(xue)讀取、電學(xue)調節的聲子(zi)(zi)晶(jing)體(ti)實驗方案,具有(you)高度的加工靈活(huo)性,為(wei)電學(xue)調控(kong)聲子(zi)(zi)晶(jing)體(ti)能帶結構提供了(le)可能。

圖1:可調納米(mi)機(ji)電(dian)二(er)維陣(zhen)列器件及(ji)電(dian)學可調的準(zhun)連(lian)續諧振模式。

中(zhong)科(ke)院量子信息重點實驗室郭國(guo)平(ping)教授(shou)、宋驤(xiang)驤(xiang)特任副研究員為論文共同(tong)通訊作者,研究生張慶航(hang)、應鉞為論文共同(tong)第(di)一(yi)作者。該工作得到了(le)科(ke)技部、國(guo)家基金委(wei)、安徽省的資助。

論文鏈接:


(中科(ke)(ke)院(yuan)量子信息(xi)重點(dian)實驗(yan)室、中科(ke)(ke)院(yuan)量子信息(xi)和量子科(ke)(ke)技創(chuang)新研究院(yuan)、科(ke)(ke)研部(bu))

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