2024年12月29日
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中国科学技术大学郭光灿院士团队在可调纳米机电二维阵列上取得重要进展。该团队郭国平、宋骧骧等人与本源量子计算有限公司合作，设计实现了基于石墨烯的纳米机电二维阵列器件，展示了对呈带状分布的谐振频率的电学调节。相关研究成果近日以“Graphene-Based Nanoelectromechanical Periodic Array with Tunable Frequency”为题，发表于《纳米快报》(Nano Letters)上。
具有周期性阵列结构的纳米机电系统，其机械振动响应在频率上可以展现出带状结构，用以制备声子晶体。声子晶体因其在调控声子耗散及操纵声子传播等方面的巨大潜力，吸引了广泛的研究关注。通过设计合适的声子能带结构，可以大大提高嵌入其中的声学谐振器的品质因子，提升声子寿命。与此同时，声子晶体还可以用于制备声学波导，实现声子传递。对声子晶体的研究，渐渐成为了近年来的热点研究方向之一。然而，对声子能带结构的调控，往往通过设计制备不同几何参数的器件来实现，如何对能带结构进行外场调节，仍然充满挑战。
有鉴于此，中国科大郭光灿院士团队郭国平教授研究组，利用石墨烯优异的力学和电学性能，设计制备了基于石墨烯的可调纳米机电二维阵列器件。研究组先在衬底上刻蚀得到均匀的周期性柱状阵列，再利用微纳工艺制备电极，最后将合适厚度的石墨烯转移至已制备好的结构上，实现基于石墨烯的纳米机电二维周期阵列器件。通过电学表征的方法，研究人员发现器件在极大频率范围内（∼120 MHz到∼980 MHz）展现出大量准连续的谐振模式，而且频率可以被栅极电压调节，其分布与理论模拟结果吻合。
这一设计可拓展至更多单元，可应用于不同二维材料甚至基于它们的异质结构。采用不同设计的柱状阵列，可以对声子能带结构进行调节，不仅可用于制备不同功能的声学器件，也可用于研究拓扑声学等基本物理现象。该研究结果提供了一种在微纳尺度上，实现电学激发、电学读取、电学调节的声子晶体实验方案，具有高度的加工灵活性，为电学调控声子晶体能带结构提供了可能。
图1：可调纳米机电二维阵列器件及电学可调的准连续谐振模式。
中科院量子信息重点实验室郭国平教授、宋骧骧特任副研究员为论文共同通讯作者，研究生张庆航、应钺为论文共同第一作者。该工作得到了科技部、国家基金委、安徽省的资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c01866
（中科院量子信息重点实验室、中科院量子信息和量子科技创新研究院、科研部）
新闻链接：http://news.ustc.edu.cn/info/1055/77045.htm
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