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我校郭光燦院士團(tuán)隊在可調(diào)納米機(jī)電二維陣列上取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊郭國平、宋驤驤等人與本源量子計算有限公司合作，設(shè)計實現(xiàn)了基于石墨烯的納米機(jī)電二維陣列器件，展示了對呈帶狀分布的諧振頻率的電學(xué)調(diào)節(jié)。相關(guān)研究成果近日以“Graphene-Based Nanoelectromechanical Periodic Array with Tunable Frequency”為題，發(fā)表于《納米快報》(Nano Letters)上。

具有周期性陣列結(jié)構(gòu)的納米機(jī)電系統(tǒng)，其機(jī)械振動響應(yīng)在頻率上可以展現(xiàn)出帶狀結(jié)構(gòu)，用以制備聲子晶體。聲子晶體因其在調(diào)控聲子耗散及操縱聲子傳播等方面的巨大潛力，吸引了廣泛的研究關(guān)注。通過設(shè)計合適的聲子能帶結(jié)構(gòu)，可以大大提高嵌入其中的聲學(xué)諧振器的品質(zhì)因子，提升聲子壽命。與此同時，聲子晶體還可以用于制備聲學(xué)波導(dǎo)，實現(xiàn)聲子傳遞。對聲子晶體的研究，漸漸成為了近年來的熱點研究方向之一。然而，對聲子能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)控，往往通過設(shè)計制備不同幾何參數(shù)的器件來實現(xiàn)，如何對能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行外場調(diào)節(jié)，仍然充滿挑戰(zhàn)。

有鑒于此，我校郭光燦院士團(tuán)隊郭國平教授研究組，利用石墨烯優(yōu)異的力學(xué)和電學(xué)性能，設(shè)計制備了基于石墨烯的可調(diào)納米機(jī)電二維陣列器件。研究組先在襯底上刻蝕得到均勻的周期性柱狀陣列，再利用微納工藝制備電極，最后將合適厚度的石墨烯轉(zhuǎn)移至已制備好的結(jié)構(gòu)上，實現(xiàn)基于石墨烯的納米機(jī)電二維周期陣列器件。通過電學(xué)表征的方法，研究人員發(fā)現(xiàn)器件在極大頻率范圍內(nèi)（～120 MHz到～980 MHz）展現(xiàn)出大量準(zhǔn)連續(xù)的諧振模式，而且頻率可以被柵極電壓調(diào)節(jié)，其分布與理論模擬結(jié)果吻合。

這一設(shè)計可拓展至更多單元，可應(yīng)用于不同二維材料甚至基于它們的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。采用不同設(shè)計的柱狀陣列，可以對聲子能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，不僅可用于制備不同功能的聲學(xué)器件，也可用于研究拓?fù)渎晫W(xué)等基本物理現(xiàn)象。該研究結(jié)果提供了一種在微納尺度上，實現(xiàn)電學(xué)激發(fā)、電學(xué)讀取、電學(xué)調(diào)節(jié)的聲子晶體實驗方案，具有高度的加工靈活性，為電學(xué)調(diào)控聲子晶體能帶結(jié)構(gòu)提供了可能。

圖1：可調(diào)納米機(jī)電二維陣列器件及電學(xué)可調(diào)的準(zhǔn)連續(xù)諧振模式。

中科院量子信息重點實驗室郭國平教授、宋驤驤特任副研究員為論文共同通訊作者，研究生張慶航、應(yīng)鉞為論文共同第一作者。該工作得到了科技部、國家基金委、安徽省的資助。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c01866

（中科院量子信息重點實驗室、中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院、科研部）