科技日?qǐng)?bào)合肥10月31日電 （記者吳長鋒）31日，記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)與其他合作者及本源量子計(jì)算有限公司合作，實(shí)現(xiàn)了基于石墨烯的可滑動(dòng)納米機(jī)電諧振器。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《自然·通訊》上。
一個(gè)振動(dòng)物體的振動(dòng)性質(zhì)受到其固定方式的影響，這一規(guī)律不僅激勵(lì)人們?cè)诤暧^世界發(fā)明了各式各樣獨(dú)具特色的樂器，也指引人們?cè)谖⒂^尺度上設(shè)計(jì)制備不同類型的力學(xué)諧振器。其中，納米機(jī)電諧振器具有質(zhì)量輕、頻率高、品質(zhì)好、可調(diào)諧等優(yōu)點(diǎn)，在靈敏探測、信號(hào)傳感、信息處理等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。但這些納米機(jī)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(shí)現(xiàn)其他的固定方式，從而對(duì)納米機(jī)電諧振器的力學(xué)性能進(jìn)行調(diào)控，逐漸成為研究者們關(guān)注的問題。
作為二維材料的石墨烯，具有原子級(jí)平整的界面，其優(yōu)異的力學(xué)和電學(xué)性能，使其成為研究納米力學(xué)，制備納米機(jī)電諧振器的理想材料。郭光燦院士團(tuán)隊(duì)郭國平教授研究組在前期研究工作中，發(fā)展出了一套預(yù)先刻蝕襯底、制備電極再轉(zhuǎn)移石墨烯的納米機(jī)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(dòng)。
為了解釋這一新奇實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)提出了可滑動(dòng)納米機(jī)械振子模型：一方面，增加?xùn)艍禾岣吡耸┲械膽?yīng)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(diǎn)處發(fā)生了滑動(dòng)，使懸浮部分長度增加，降低諧振頻率。利用這一模型進(jìn)行理論計(jì)算，研究團(tuán)隊(duì)很好復(fù)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果表明，可滑動(dòng)納米機(jī)電諧振器可以為納米摩擦力學(xué)研究提供新的研究方法和平臺(tái)。
正如中國古琴、印度西塔琴、日本三味線等東方樂器一樣，它們獨(dú)特的音色來源于琴弦振動(dòng)時(shí)固定點(diǎn)的含時(shí)變化。在納米尺度的可滑動(dòng)納米機(jī)電諧振器中，滑動(dòng)所引入的含時(shí)邊界條件將極大豐富器件的振動(dòng)性質(zhì)，提供全新的器件力學(xué)性能調(diào)控手段。這一研究結(jié)果展示了在納米尺度上實(shí)現(xiàn)新型固定方式的可能。
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