Control of Recoil Losses in Nanomechanical SiN Membrane Resonators
在反冲阻尼分析的背景下，我们已经设计并生产了一种薄膜谐振器，该薄膜谐振器配备有特定的片上结构，用作圆形薄膜的“损耗屏蔽”。在该器件中，对于所有模式并且无论模态形状如何，膜的振动（具有$10^7$的品质因数）也在低频下达到由氮化硅中的本征耗散设定的极限。我们的损失屏蔽的理论模型的指导下，我们描述了该设备的设计原理，它可以被用来作为商业薄膜谐振器在先进的光学机械设置，也在低温下的有效替代。
2016-07-15 cond-mat.mes-hall
Misfit strain-induced energy dissipation for graphene/MoS2 heterostructure nanomechanical resonators
失配应变在各种异质结构如石墨烯/MoS 2范德华异质结构中是不可避免的。尽管失配应变对电子和其他物理性质的影响已经得到了很好的研究，但仍然不清楚失配应变将如何影响基于石墨烯/MoS 2异质结构的纳米机械谐振器的性能。通过进行分子动力学模拟，我们揭示了异质结构共振振荡过程中石墨烯层和MoS 2层之间的失配应变诱导解耦现象。通过回缩力分析，成功地建立了失配应变和解耦机制之间的直接关系。我们进一步建议使用石墨烯/MoS 2 /石墨烯三明治异质结构的纳米机械谐振器的应用，这是能够防止失配应变相关的去耦现象。这些结果为石墨烯/MoS 2异质结构在纳米机械谐振器领域的应用提供了有价值的信息。
2019-01-10 cond-mat.mes-hall
GHz nanomechanical resonator in an ultraclean suspended graphene p-n junction
我们展示了弹道石墨烯pn结中的高频机械谐振器。具有两个底栅的全悬浮石墨烯器件在电流退火后表现出弹道双极行为。我们确定的石墨烯质量密度和内置的张力不同的电流退火步骤通过比较测得的机械共振响应的简化膜模型。我们一致地发现，在最后的退火步骤之后，质量密度与纯石墨烯的预期密度相当。在具有高内建张力但仍具有尺寸为3 $\times$ 1 $μm^{2}$的宏观尺寸的石墨烯膜中，在最终电流退火步骤之后观察到1.17 GHz的记录共振频率。我们进一步比较了在单极与双极制度中的一个测量的谐振响应。值得注意的是，共振信号在双极区被强烈增强。这种增强部分地由出现在双极区中的法布里-珀罗共振引起，并且还可能由在微波照射下在石墨烯pn结中非常明显的光电效应引起。
2019-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically-tunable graphene nanomechanical resonators
本文综述了石墨烯纳米机械谐振器的电学可调性研究进展，涵盖器件结构、关键力学性能、电栅控行为及经典/量子应用，并展望了未来挑战与机遇。
2025-07-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Nanomechanical displacement detection using coherent transport in ordered and disordered graphene nanoribbon resonators
石墨烯纳米带提供了将相位相干传输现象与纳米机电系统（NEMS）集成的机会。由于石墨烯纳米晶体谐振器中的偏转引起的应变，相干电子输运和机械变形耦合。由于石墨烯中的电子具有费米波长λ~ a_0 = 1.4 nm，这种耦合可以用于扶手椅型和锯齿型石墨烯纳米管NEMS中的灵敏位移检测。本文表明，对于长度为L的有序和无序带状系统，由于偏转w引起的应变ε~（w/L）^2导致电导δG/G ~（w^2/a_0L）的相对变化。
2010-10-04 cond-mat.mes-hall
Hysteretic responses of nanomechanical resonators based on crumpled few-layer graphene
本研究制备了基于少层石墨烯褶皱膜的纳米机械谐振器，发现其在栅极电压循环中表现出滞回响应，并可通过退火消除，推测滞回源于形貌与吸附物的相互作用。
2025-02-27 cond-mat.mes-hall
FPU physics with nanomechanical graphene resonators: intrinsic relaxation and thermalization from flexural mode coupling
非线性系统中的热化是统计力学中的一个中心概念，自Fermi，Pasta和Ulam（FPU）的开创性工作以来，已经在理论上得到了广泛的研究。使用分子动力学和连续建模的振铃设置，我们表明，由于非线性模式耦合的热化本质上限制了纳米机械石墨烯鼓的品质因数，并把它们变成FPU物理的潜在测试床。我们发现的热化率$Γ$是独立的半径和缩放为$Γ\sim T^*/ε_{\rm pre}^2$，其中$T^*$和$ε_{\rm pre}$是有效的谐振腔温度和预应变。
2014-04-07 cond-mat.mes-hall
Buckled Diamond-like Carbon Nanomechanical Resonators
我们已经开发了电容式转换纳米机械谐振器使用sp $^2$丰富的类金刚石碳（DLC）薄膜作为导电膜。通过物理气相沉积在$500{\,\,}^\circ$ ℃的温度下生长导电DLC膜。表征的谐振响应，我们发现一个大于预期的频率调谐，我们归因于膜被向上弯曲，远离底部电极。使用屈曲谐振器来增加频率调谐的可能性在诸如可调谐GHz滤波器和压控振荡器的RF应用中是有利的。
2015-10-30 cond-mat.mes-hall
Mapping the nanomechanical properties of graphene suspended on silica nanoparticles
使用纳米颗粒在石墨烯中赋予非本征波纹是一种相对较新的诱导应变和定制石墨烯性质的方法。在这里，我们研究的结构和弹性性能的石墨烯生长的化学气相沉积和转移到一个连续层的SiO2纳米粒子的直径约为25 nm，制备的Langmuir-Blodgett技术在Si衬底上。我们表明，转移石墨烯如下仅大致的纳米粒子诱导的形态。桥接纳米颗粒的石墨烯膜部分是悬浮的，并且与支撑的石墨烯部分相比，它们对AFM针尖的粘附力更大。这些悬浮的石墨烯区域可以用10 nN量级的力变形。石墨烯的弹性模量由在直径在100 nm范围内的悬浮膜区域上进行的压痕测量确定。
2016-07-26 cond-mat.mes-hall
A few-layer graphene nanomechanical resonator driven by digitally modulated video signals
本研究利用少层石墨烯纳米机械谐振器作为滤波器，处理宽带数字调制视频信号，通过解调调制振动生成纳米机械视频，揭示了多频驱动下独特的振动特征。
2025-02-26 cond-mat.mes-hall
A fast, sensitive, room-temperature graphene nanomechanical bolometer
测辐射热计是探测红外到太赫兹频率的光的一种强大而重要的手段，它们已被用于从天文观测到热成像的一系列用途。随着用途的多样化，对更快、更灵敏的室温测辐射热计的需求越来越大。为此，石墨烯由于其微小的热容量和固有的超宽带吸收而引起了人们的兴趣，这些特性使其能够快速检测几乎任何波长的低水平光。然而，石墨烯在室温下的传统电测辐射热法中令人失望，因为其弱的温度依赖性电阻率和异常高的热导率。在这里，我们用一种新的方法克服了这些挑战，该方法通过跟踪石墨烯纳米机械谐振器的谐振频率来检测光。被吸收的光加热并热拉伸谐振器，从而改变其频率。使用这种方法，我们实现了7 pW/Hz ^[1/2]的室温噪声等效功率，比电子石墨烯测辐射热计灵敏100倍，速度（1.3 MHz）大大超过了最先进的微测辐射热计。
2018-10-31 cond-mat.mes-hall
Shape tailoring to enhance and tune the properties of graphene nanomechanical resonators
纳米机械谐振器的形状深刻地影响其机械性能，并决定其适用于各种应用，如超灵敏质量和力检测。尽管二维纳米机械系统在这样的应用中有希望，但尚未实现对悬浮的二维材料（例如石墨烯）的形状的完全控制。我们提出了一种有效的，一步的方法来形成预悬浮的石墨烯纳米机械谐振器与任意的几何形状，导致增强的性能相比，传统的鼓面。我们的技术采用聚焦离子束铣削，实现了从几十纳米到几微米的特征尺寸，同时获得了近乎完美的产量。我们比较了成形装置与未改性鼓面的机械性能，发现低张力、单夹持的石墨烯杠杆显示机械品质因数（Q）增加20倍，机械阻尼减少100倍。重要的是，我们实现了这些结果，同时去除了质量，这使得石墨烯机械谐振器在室温下具有最先进的力灵敏度。我们的方法在石墨烯纳米力学中开辟了一个独特的，目前无法实现的制度，其特征在于低应变，低频率，小质量和高Q，并有助于定制由石墨烯和其他2D晶体组成的机械结构中的非线性和阻尼。
2018-10-17 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Modelling and observation of nonlinear damping in dissipation-diluted nanomechanical resonators
耗散稀释使应力，高纵横比纳米机械谐振器，如弦或膜极低的线性损耗。在这里，我们报告的观测和理论建模的非线性耗散在这样的结构。我们介绍了一个分析模型的基础上冯卡门理论，可以使用任意几何形状的有限元模型进行数值评估。我们使用这种方法来预测超相干声子膜谐振器的非线性损耗和（Duffing）频移。一组系统的测量与氮化硅膜显示出良好的协议与低阶软箝位模式的模型。我们的分析还揭示了这些非线性和耗散稀释之间的定量联系。这是未来的设备设计的兴趣，并可以提供重要的洞察力时，诊断在实验环境中的耗散稀释的性能。
2021-04-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Deviation from the normal mode expansion in a coupled graphene-nanomechanical system
我们光机械测量的纳米机械系统的振动由石墨烯膜悬浮在氮化硅纳米谐振器。当探测耦合纳米机械器件的热噪声时，我们观察到与正常模式展开的显著偏差。它起源于耦合本征模的空间延伸上的机械耗散的异质性，这违反了采用这种常用的纳米谐振器的热噪声描述的基本先决条件之一。随后，我们测量局部机械磁化率，并证明波动耗散定理仍然成立，并允许适当的评估的纳米机械系统的热噪声。由于在纳米级确保良好的空间均匀性自然变得微妙，因此这种方法对于正确描述最终影响其传感能力的纳米机械系统的热噪声至关重要。
2016-01-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Impermeable Atomic Membranes from Graphene Sheets
我们证明了单层石墨烯膜对包括氦气在内的标准气体是不可渗透的。通过在膜上施加压力差，我们测量了单层石墨烯的弹性常数和质量。这种加压石墨烯膜是世界上最薄的气球，并在两个不同的区域之间提供了一个独特的隔离屏障，只有一个原子厚。
2008-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Performance of Monolayer Graphene Nanomechanical Resonators with Electrical Readout
石墨烯的巨大刚度和低密度使其成为纳米机电（NEMS）应用的理想材料。我们展示了单层石墨烯谐振器的制造和电读出，并测试它们对质量和温度变化的响应。这些器件显示出MHz范围内的谐振。谐振频率对所施加的栅极电压的强烈依赖性可以拟合到膜模型，该膜模型产生质量密度和内建应变。在去除和添加质量后，我们观察到密度和应变的变化，表明吸附物赋予石墨烯张力。在冷却时，频率增加;移动速率可用于测量石墨烯的不寻常的负热膨胀系数。品质因数随温度的降低而增加，在5 K时达到~ 10，000。通过建立单层石墨烯谐振器的许多基本属性，这些研究为应用奠定了基础，包括高灵敏度质量检测器。
2009-08-31 cond-mat.mes-hall
Particle number scaling for diffusion-induced dissipation in graphene and carbon nanotube nanomechanical resonators
当污染物在纳米机械谐振器的表面上扩散时，两者的运动变得相关。尽管是谐振器-粒子耦合中的高阶效应，但这种相关性通过诱导谐振器能量的耗散来影响系统动力学。在这里，我们考虑这种扩散引起的耗散的情况下，吸附在碳纳米管和石墨烯谐振器的多个粒子。通过求解随机运动方程，我们模拟了谐振腔的衰荡，以确定谐振腔的能量衰减率。我们发现两个不同的标度与吸附粒子数$K$和粒子质量$m$。在该制度中，吸附物被惯性捕获在振动的波腹，耗散率$Γ$与总吸附质量$Γ\propto Km$的规模。相比之下，在粒子在谐振器上自由扩散的情况下，耗散率与总吸附质量和单个粒子质量的乘积成比例：$Γ\propto Km^2$。
2016-03-14 cond-mat.mes-hall
Stability and magnetization of free-standing and graphene-embedded iron membranes
最近的实验实现单层铁膜在石墨烯穿孔的启发，我们进行从头计算嵌入在石墨烯中的铁单层和膜，以评估其结构稳定性和磁化。我们表明，单层铁有一个更大的自旋磁化每原子比散装铁和嵌入在石墨烯中的铁膜表现出自旋磁化单层铁。我们发现，独立的单层铁是结构上更稳定的三角形晶格相比，无论是正方形和蜂窝晶格。这与嵌入的Fe膜形成正方形晶格的实验观察相矛盾。然而，我们发现，嵌入在石墨烯穿孔的铁膜可以更稳定的正方形晶格配置相比，三角形。此外，我们发现正方形晶格具有较低的边缘形成能，这意味着正方形Fe晶格在膜形成期间可能是有利的。
2014-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanomechanical strain concentration on a 2D nanobridge within a large suspended bilayer graphene for molecular mass detection
应变梯度工程的出现直接影响到二维材料的纳米力学、光电子学和热输运等领域。更具体地说，在非常高的应力下的大悬浮石墨烯代表了通过独特的分子反应进行纳米机械质量检测的精髓。已经使用不同的技术来在2D材料中诱导应变，例如通过在石墨烯膜上施加尖端压痕、压力或衬底弯曲。然而，控制结构应变的有效方法是设计系统几何形状，如日常生活中的建筑和声学所示。类似地，我们研究了具有不同几何形状和长度范围从10到40微米的悬浮外延双层石墨烯膜中的人工纳米收缩（~100 nm）中的应变浓度。我们仔细地从显微拉曼测量中分离出应变特征，并通过分析我们的拉曼峰的加宽形状（高达100 cm-1）来提取低于激光光斑尺寸的尺度上的信息。我们可能在纳米收缩中测量到高达5%的强应变集中，这是原生外延石墨烯应变的20倍。此外，对于双层石墨烯，我们的配置自然地增强了上下石墨烯层之间的天然不对称应变。与以前的结果相反，由于我们的结构方法，我们可以在石墨烯中实现任何类型的复杂应变张量。该方法完善了以前的应变诱导技术，并为基于双层石墨烯和2D异质结构的器件开辟了新的前景。
2019-01-24 cond-mat.mes-hall
Coupling graphene nanomechanical motion to a single-electron transistor
石墨烯基机电谐振器由于其优异的力学和电学性能以及广泛的应用前景而引起了人们的广泛关注。然而，在石墨烯中还没有探索机械运动和电荷传输之间的耦合。在这里，我们研究了悬浮的50 nm宽的石墨烯纳米颗粒的机械性能，该纳米颗粒在低温下也可用作单电子晶体管（SET）。利用SET作为灵敏探测器，我们发现谐振频率可以从82 MHz调谐到100 MHz，品质因数超过30000。通过观察SET诱导的~140 kHz共振频率偏移和机械阻尼，证明了强电荷-机械耦合。我们还发现，SET可以增强谐振腔的非线性。我们的SET耦合石墨烯机械谐振器可以接近~0.55*10^（-21）g的超灵敏质量分辨率和~1.9*10^（-19）N/（Hz）^（1/2）的力灵敏度，并且可以进一步改进。这些特性表明，我们的设备是一个很好的平台，为基础物理研究和潜在的应用。
2017-03-24 cond-mat.mes-hall
Force sensing with a graphene nanomechanical resonator coupled to photonic crystal guided resonances
本研究提出用光子晶体导模共振替代反射镜，通过模拟证明可将石墨烯纳米机械谐振器的力传感响应度提高一个数量级，实现低光功率、高信噪比的热振动分辨，为超灵敏力检测提供简单光学方案。
2025-07-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Tunable Fano Resonance and Frequency Locking in a Graphene-SiNx Hybrid Nanomechanical Resonator
Indian Institute of Technology - Kanpur（坎普尔印度理工学院）；Vanderbilt University（范德堡大学）；Freie Universitat Berlin（柏林自由大学）
该研究观测石墨烯-SiNx混合纳米机械系统的可调Fano共振，利用栅极控制Fano参数，实现石墨烯模式频率锁定，为高分辨率混合传感器等提供新平台。
2026-08-18 cond-mat.mes-hall
Thermal conductivity of graphene in Corbino membrane geometry
采用局部激光激发和斯托克斯与反斯托克斯拉曼散射信号强度比的温度读出来研究大尺寸石墨烯膜的热性质。导热系数κ~ 600 W/m \cdot K的结论值小于先前报道的，但仍然验证了石墨烯是非常好的热导体的结论。
2010-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polarimetric analysis of stress anisotropy in nanomechanical silicon nitride resonators
我们实现了一个圆形的灰场偏光镜图像应力引起的双折射薄（亚微米厚）氮化硅（SiN）膜和字符串。这使得主应力和应力各向异性的取向的定量映射成为可能，与有限元建模（FEM）互补并一致。此外，使用一个众所周知的应力各向异性的样品，我们提取一个新的值的光弹性（布鲁斯特）系数的氮化硅，$C \approx (3.4~\pm~0.1)\times~10^{-6}~\mathrm{MPa}^{-1}$。我们探讨了可能的应用方法来分析和质量控制与声子晶体图案的应力膜
2017-02-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Determination of the Bending Rigidity of Graphene via Electrostatic Actuation of Buckled Membranes
石墨烯膜的小质量和原子级厚度使它们非常适合于纳米机电装置，例如质量传感器、高频谐振器或存储元件。虽然只有原子厚度，但石墨烯膜的许多机械性质可以通过经典连续介质力学来描述。用于预测石墨烯纳米机电装置的性能和线性度以及用于描述波纹形成和其他性质（例如电子散射机制）的重要参数是弯曲刚度κ。尽管这个参数的重要性，它到目前为止只间接估计单层石墨烯的声子谱的石墨，估计从原子力显微镜测量或预测从头计算或键序势模型。在这里，我们采用了一种新的方法，通过利用预屈曲石墨烯膜中的突变不稳定性来实验测定κ。我们证明了可重复制造的凸屈曲的石墨烯膜通过控制在制造过程中的热应力，并显示突然切换从凸到凹的几何形状时，通过下面的栅电极施加静电压力。双层石墨烯膜在环境条件下的弯曲刚度被确定为$35.5^{+20}_{-15}$ eV。单层具有比双层显著更低的κ。
2012-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable parametric amplification of a graphene nanomechanical resonator in the nonlinear regime
参量放大被广泛应用于纳电机械系统中，以增强所转换的力学信号。虽然在不同的机械谐振器系统中已经研究了参量放大，但涉及的非线性动力学很少受到关注。利用石墨烯优异的电学和力学性能，我们利用双箝位石墨烯纳米机械谐振器实现了电调谐参量放大。通过施加两倍于谐振频率的外部微波泵浦，我们研究了非线性区的参量放大。实验结果表明，非线性Duffing力的提取系数α和非线性阻尼系数η是外泵浦功率的函数，表明在我们的装置中存在着Duffing（~x^3）和van der Pol（~x^2 dx/dt）类型以外的高阶非线性效应。即使当涉及高阶非线性时，仍然可以在非线性区域中实现参量放大。参量增益随外泵浦功率的增加而增大，并呈现饱和趋势。此外，参数增益可以通过栅极电压进行电调谐，在19 V的栅极电压下实现了10.2 dB的最大增益。我们的研究结果将有利于非线性动力学，特别是石墨烯纳米机械谐振器中的非线性阻尼的研究，这在过去的十年中一直在社会上争论。
2020-08-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Understanding water permeation in graphene oxide membranes
由于石墨烯衍生膜在过滤和分离应用中的潜力，近年来通过石墨烯衍生膜的水传输获得了很大的兴趣。在这项工作中，我们探索水渗透氧化石墨烯膜使用原子模拟，通过考虑流动通过层间画廊，膨胀的孔隙，如褶皱的interedge空间，和孔内的片材。我们发现，虽然可以通过纳米限制建立流动增强，但通过原始石墨烯通道的快速水运输被氧化区域之间形成的毛细管的突出侧钉扎效应所禁止。然后，我们讨论流动增强的情况下，根据最近的几个实验。这些理解最终被整合成一个完整的画面，以了解水渗透通过逐层和多孔微结构，并可以指导合理设计的功能膜的能源和环境应用。
2014-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Adhesion mechanics of graphene membranes
石墨烯与邻近材料和结构的相互作用在其科学和技术行为中起着重要作用。由于表面力和可能的非线性弹性行为之间的相互作用，相互作用是复杂的。在这里，我们回顾了最近的实验和理论进展的理解石墨烯粘附。我们组织我们的讨论到实验和理论上的努力，针对：石墨烯构象的基板，粘附能的测定，和石墨烯粘附起着重要作用的应用。最后，我们以一份简要的招股说明书概述了开放的问题。
2012-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable coupling of two mechanical resonators by a graphene membrane
耦合纳米机械谐振器是有趣的基础研究和实际应用，因为它们提供了丰富的和可调的振荡动力学。目前，这种系统中的机械耦合通常由固定的几何形状（诸如谐振器的关节夹持点或位移相关力）来介导。在这里，我们展示了一个石墨烯集成的机电系统，由两个物理上分离的机械谐振器组成-一个梳状驱动器和一个悬浮的硅梁-它们通过石墨烯膜可调谐地耦合。此外，石墨烯膜为两个谐振系统硅结构提供了灵敏的电读出，在0.4~ 24 MHz的频率范围内显示出16种不同的模式。此外，通过在石墨烯膜上施加静电势到硅谐振器之一，我们控制的机械耦合，量化的$g$因子，从20 kHz到100 kHz。我们的研究结果铺平了道路耦合纳机电系统需要可控的机械耦合谐振器。
2020-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Symmetry breaking of large-amplitude parametric oscillations in few-layer graphene nanomechanical resonators
本文研究了少层石墨烯纳米机械谐振器中大振幅参量振荡的对称性破缺，通过大参量泵浦与弱外部驱动揭示双重迟滞和两种相位差近π的振动状态，并证明其可映射为有偏双模态自由度，有望用作二进制信息单元。
2025-04-08 cond-mat.mes-hall
Air filtration from sarin/air mixture by porous graphene-oxide membranes: a molecular dynamics study
沙林是一种非常致命的合成有机磷化合物，抑制神经系统肌肉控制。虽然不再被用作化学武器，但它仍然令当局担心可能被恐怖分子使用。由于沙林的高杀伤力，大多数关于沙林的研究都是理论/计算的，并且集中在其检测和降解方面。关于空气过滤沙林毒气的研究很少。在这里，氧化石墨烯为基础的膜过滤沙林/空气混合物的空气的潜力进行了研究，通过经典的分子动力学模拟。考虑了由一个和两个多孔还原氧化石墨烯（rGO）纳米片形成的膜。沙林和空气分子通过这些膜从一个高度集中的区域到一个空的，作为温度和沙林/空气相对浓度的函数进行评估。沙林分子被困在纳米片中的羟基和羧基化学基团，而空气分子（N $_2$，O $_2$和Ar）通过膜的相当大的通道进行了验证。结果表明，即使在高温下，rGO膜也能阻止沙林通过，从而表明它们有可能用作沙林气体的过滤器。
2021-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Parallel measurements of vibrational modes in a few-layer graphene nanomechanical resonator using software-defined radio dongles
软件无线电加密狗是业余无线电爱好者熟知的小型且廉价的接收器。当连接到天线时，它们可以通过调节输入信号并将其下变频版本传输到个人计算机进行软件处理来监控宽范围的无线电频谱。在这里，我们采用了两个这样的加密狗的复合材料，与MATLAB和GNU Radio编写的代码接口，作为测量仪器来研究几层石墨烯纳米机械谐振器的弯曲振动。代替天线，我们将加密狗连接到用于光学检测振动的光电检测器的分离输出。我们首先进行定量分析的第一振动模式的动力学。然后，我们并行测量前两个振动模式的响应。为了说明我们的技术，我们检测的振动振幅的变化引起的周期性应变调制与测量之间的延迟$\approx1$ ms。最后，我们表明，我们的基于软件的仪器可以用来解调人类的声音编码在我们的谐振器的振动。对于多个频率通道的并行测量，并且如果输入信号不是太弱，则我们的复合系统可以提供使用多个锁定放大器或多个频谱分析仪的替代方案，具有每个频率通道具有成本效益的明显优势。
2022-07-15 cond-mat.mes-hall
Quantifying the local mechanical properties of twisted double bilayer graphene
针对最小扭转范德华材料纳米力学测量难的问题，研究人员采用超声力显微镜量化扭转双双层石墨烯的面外杨氏模量变化，发现畴壁处模量降低且得到模型验证，为二维纳米力学系统应用奠定基础。
2024-05-21 cond-mat.mes-hall
On the roughness of single- and bi-layer graphene membranes
我们提出了一个详细的透射电子显微镜和电子衍射研究的最薄的可能的膜，一个单层的碳原子悬浮在真空中，只附着在其边缘。还报道了由两个石墨烯层组成的膜。我们发现，膜表现出明显的随机自发曲率是最强的单层膜。一个直接的可视化的粗糙度为两层膜，我们使用的衍射强度的变化与膜的局部取向。
2007-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Macroscopic graphene membranes and their extraordinary stiffness
悬浮石墨烯的特性目前引起了人们极大的兴趣，但可用样品的尺寸小以及制造它们的困难严重限制了可用于研究这种单原子厚度材料的光学，机械，电子，热学和其他特性的实验技术的数量。在这里，我们描述了一种新的和高度可靠的方法，用于制造宏观尺寸（目前直径高达100微米）的石墨烯膜，并通过透射电子显微镜对其进行表征。特别是，我们已经发现，仅由一侧支撑的长石墨烯梁不会滚动或折叠，这与目前石墨烯作为柔软薄织物的看法形成鲜明对比，但表现出足够的刚度来支撑超过其自身重量数百万倍的超大负载，与所提出的理论一致。我们的工作为研究悬浮石墨烯并将其用于各种微机械系统和电子显微镜开辟了许多途径。
2008-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultra-strong Adhesion of Graphene Membranes
随着机械结构进入纳米级，范德华力的影响增加。石墨烯对于纳米机械系统是有吸引力的，因为它的杨氏模量和强度都是固有的高，但石墨烯的机械行为也受到范德华力的强烈影响。例如，该力将石墨烯样品夹持到衬底上，并且还将多层样品中的各个石墨烯片保持在一起。在这里，我们使用加压起泡测试来直接测量石墨烯片与氧化硅衬底的粘附能。我们发现单层石墨烯的粘附能为0.45 \pm 0.02 J/m2，含有2-5个石墨烯片的样品的粘附能为0.31 \pm 0.03 J/m2。这些值大于在典型的微机械结构中测量的粘附能，并且与固/液粘附能相当。我们将其归因于石墨烯的极端灵活性，这使得它能够符合即使是最光滑的衬底的形貌，从而使其与衬底的相互作用更像液体而不是固体。
2011-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanics of Adhered, Pressurized Graphene Blisters
我们使用实验配置来研究加压石墨烯膜的力学，该实验配置允许确定石墨烯的弹性和衬底与石墨烯（或其他二维固体）膜之间的粘附能。该测试由通过表面力粘附到基底的单层石墨烯膜组成。用规定体积的蚀刻微腔图案化衬底，并且当它们被石墨烯单层覆盖时，其在微室中捕获固定数量（N）的气体分子。通过降低环境压力，并因此改变石墨烯膜上的压差，可以使膜以稳定的方式从基底隆起和分层。在这里，我们描述了作为一个热力学系统的膜/基板的分析，并探讨该系统的行为在代表性的实验可访问的几何形状和加载参数。我们进行同伴实验，并将其与理论预测进行比较，然后将理论和实验结合起来确定石墨烯/SiO2界面的粘附能。我们发现平均粘附能为0.24 J/m2，这是较低的，但与我们以前报道的值一致。我们断言，这个测试，我们称之为常数N水泡测试，是一个有价值的方法来确定二维固体膜和基板之间的粘附能，这是一个重要的，但不太了解的行为方面。该测试还提供了有价值的信息，可以作为后续研究的基础，以了解有助于观察到的粘附能的机制。最后，我们展示了如何在一个大的微腔的限制，常数N测试方法中观察到的行为在一个恒定的压力水泡测试，我们提供了一个实验观察，表明这种行为。
2013-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear dynamics and magneto-elasticity of nanodrums near the phase transition
本文研究了悬浮FePS₃异质结构纳米鼓在反铁磁相变附近的非线性磁机械耦合，通过解析磁致伸缩模型揭示了磁弹性导致非线性阻尼的机制。
2023-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanomechanical absorption spectroscopy of 2D materials with femtowatt sensitivity
纳米力学光谱学（NMS）是最近发展起来的一种通过力学测量来确定纳米材料的光学吸收光谱的方法。它基于测量薄膜谐振器的谐振频率与入射光的光子能量的变化。这种方法是一种直接测量吸收的方法，与普通的光谱学方法相比具有实际优势。在二维（2D）材料的情况下，NMS克服了传统光学方法固有的局限性，例如与高磁场和低温下的测量相关的复杂性。在这项工作中，我们开发了一种用于2D材料的NMS的协议，与以前的方法相比，该协议的灵敏度提高了两个数量级，同时更易于使用。为此，我们使用了电样品驱动，这简化了实验，并提供了可靠的校准，以获得更高的精度。此外，使用低应力氮化硅膜作为我们的衬底降低了噪声等效功率为$NEP = 890 fW/\sqrt{Hz}$，与商业半导体光电探测器相当。我们使用我们的方法光谱表征的二维过渡金属二硫属化物（WS $_2$），层状磁性半导体（CrPS $_4$），和等离子体超晶体组成的金纳米粒子。
2023-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Selective Molecular Sieving through Porous Graphene
膜作为选择性屏障，在细胞区室化和工业规模的化学和气体净化等过程中发挥重要作用。理想的膜应该尽可能薄以最大化通量，机械坚固以防止破裂，并且具有明确的孔径以增加选择性。石墨烯是开发尺寸选择性膜的极好起点，因为其原子厚度、高机械强度、相对惰性和对所有标准气体的不渗透性。然而，必须将可以排除较大分子但允许较小分子通过的孔引入材料中。在这里，我们展示了紫外线诱导的氧化蚀刻可以在微米级石墨烯膜中产生孔，并将所得膜用作分子筛。加压起泡测试和机械共振用于测量各种气体（H2、CO2、Ar、N2、CH4和SF6）通过孔的传输。实验测得的泄漏率，分离因子，拉曼光谱同意以及通过少量的埃大小的孔隙渗出模型的基础上。
2012-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene-like Membranes: From Impermeable to Selective Sieves
最近，有人提出石墨烯膜可以作为标准气体不可渗透的原子结构。对于一些其他应用，需要更高水平的孔隙率，并且所谓的多孔石墨烯（PG）和联苯碳（BPC）膜是有效地用作选择性筛的良好候选物。在这项工作中，我们使用经典的分子动力学模拟研究膜渗透的He和Ar原子的动力学和可能的选择性效应。对于石墨烯膜，我们没有观察到通过膜和/或膜/基底界面的任何泄漏，直到临界压力极限，然后发生突然的膜脱离。PG和BPC膜不像石墨烯膜那样不可渗透，但取决于原子类型，扩散存在显著的能量势垒。结果表明，这种多孔膜可以有效地用作纯气体和混合气体的选择性筛。
2014-05-21 cond-mat.mes-hall
Penetration of alkali atoms throughout graphene membrane: theoretical modeling
报道了不同碱金属原子（Li，Na，Rb，Cs）在碳化硅衬底上生长的石墨烯膜中渗透的理论研究，并与最近的实验结果进行了比较。第一性原理模拟的结果表明，相当低的（约0.8 eV）的能量势垒的形成所需的临时缺陷的碳层中的Li的渗透在高浓度的吸附原子，较高的（约2 eV）的障碍为Na，和障碍以上4 eV的Rb和Cs。实验证明了锂原子在室温下从石墨烯表面迁移到缓冲层和SiC衬底，钠在100°C下迁移，以及石墨烯膜对Rb和Cs的不可穿透性。还讨论了碱金属离子渗透的外延和独立石墨烯之间的差异。
2011-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Spatial mapping and analysis of graphene nanomechanical resonator networks
纳机电（NEMS）谐振器网络由于其在涌现行为、传感、声子学和机械信息处理等方面的潜在应用而引起越来越多的关注。实现这些大规模网络的挑战是能够可控地调谐和重新配置网络的集体宏观性质，这直接依赖于表征组成NEMS谐振器构建块及其耦合的方法的开发。在这项工作中，我们展示了一种可扩展的光学技术来空间映射石墨烯NEMS网络，并读出固定频率的集体响应作为一个单一的矢量。使用响应向量，我们引入了一个有效的代数方法来量化特定网站的弹性，质量，阻尼和耦合参数的网络集群。我们应用这种技术来准确地表征单个非耦合谐振器和耦合谐振器对采样，在两个频率，而不使用曲线拟合或相关的先验参数估计。我们的技术可应用于一系列经典和量子谐振器系统，并填补了NEMS网络编程的重要空白。
2023-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.app-ph
Piezoresistive Properties of Suspended Graphene Membranes under Uniaxial and Biaxial Strain in Nanoelectromechanical Pressure Sensors
石墨烯膜由于其极薄而在纳米机电装置中充当高灵敏度换能器。之前，压阻效应已经在石墨烯中使用石墨烯中的单轴应变进行了实验验证。在这里，我们报告的实验和理论数据的单轴和双轴压阻性能的悬浮石墨烯膜应用于压阻式压力传感器。利用线性化的玻尔兹曼输运方程的详细模型准确地描述了应变石墨烯中的载流子密度和迁移率，从而精确地描述了规范因子。的规范因子被发现是几乎独立的掺杂浓度和石墨烯薄膜的结晶取向。这些调查提供了更深入的了解石墨烯膜的压阻行为。
2017-08-13 cond-mat.mes-hall
Nanoantenna properties of graphene membrane. Quantum theory
研究了太赫兹波段弱激活交变电场对石墨烯薄膜的辐照。采用基于含时密度矩阵方法的量子方法。在外场近似下，得到了石墨烯薄膜密度矩阵方程的线性精确解。研究了石墨烯的电磁响应，即在忽略损耗的情况下，得到了石墨烯的感应电流和电导率的计算公式，并进行了分析。所得到的电导率公式表明，石墨烯膜是一个振荡的轮廓，其基本特征频率与电导率的奇点相吻合。这个公式允许我们计算石墨烯膜的电感和电容。因此，石墨烯膜可以用作天线或晶体管。结果表明，它的本征频率可以通过掺杂来调节，因为它的值被发现依赖于电子浓度。由于石墨烯中的电子浓度可能有很大的不同，因此本征频率可以在1-100太赫兹的相当大的频率范围内调谐。所发现的浓度依赖性与实验相关。这将是有用的，考虑到所获得的结果时，构建设备包含石墨烯膜纳米天线允许纳米系统之间的无线通信。这可能是能量收集应用的有前途的研究领域。
2015-11-17 cond-mat.mes-hall
Graphene as a Prototype Crystalline Membrane
从弦论到化学和生物学，许多领域都在追求对膜（高维空间中的低维柔性系统）的结构和热性质的理解。三维中的二维（2D）膜的情况是处理真实材料的相关情况。传统上，膜主要在生物膜和一般软物质的背景下讨论。这些系统的复杂性阻碍了基于真正微观方法的原子间结构的现实描述。因此，膜的理论主要是在唯象模型中发展的。从统计力学的观点来看，有限温度下的膜是由相互作用的长程涨落控制的系统。石墨烯是第一个真正的二维系统，仅由一层碳原子组成，为开发膜的微观描述提供了模型系统。在这个帐户中，我们回顾了石墨烯的结构和热性质的微观理论的关键结果，并将它们与唯象理论的预测进行比较。这两种方法对于原子位移的关联函数的各种标度性质都有很好的一致性。然而，其他一些性质，如弯曲刚度的温度依赖性，不能基于唯象方法来理解。我们还考虑了石墨烯在非常高的温度和比较的结果与现有的二维熔化模型。石墨烯的熔化呈现出不同的情况，我们将该过程描述为石墨烯层分解成纠缠的碳链。
2013-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Complex Structure of Triangular Graphene: Electronic, Magnetic and Electromechanical Properties
我们研究了石墨烯纳米盘（纳米尺寸三角形石墨烯）的电磁性质以及石墨烯纳米结的机电性质。纳米盘是由石墨烯制成的纳米磁体，其对诸如杂质和晶格缺陷的扰动是鲁棒的，其中铁磁有序由Lieb定理保证。我们可以通过自旋过滤器产生自旋电流，并通过由石墨烯纳米盘制成的自旋阀、自旋开关等自旋电子器件对其进行操纵。我们已经分析了纳米盘阵列，它具有多简并的完美平坦带，是铁磁体。通过连接两个三角形的石墨烯角，我们提出了一个纳米机械开关和旋转器，它可以通过测量两个角之间的电流来检测微小的角度旋转。利用锯齿形纳米带的应变诱导Peierls跃迁，我们还提出了一种纳米机械拉伸传感器，其中电导可以通过纳米尺度的拉伸来关闭。
2011-01-19 cond-mat.mes-hall
Suspension and Measurement of Graphene and Bi2Se3 Atomic Membranes
将高质量的悬浮原子膜耦合到专门的电极上可以研究许多新的现象，例如这些二维系统中的自旋或库珀对输运。然而，许多电极材料在用于溶解下面的基底的酸中不稳定。在这里，我们提出了一个通用的和强大的多层次光刻技术悬浮原子膜，它可以应用于绝大多数的基板，膜和电极材料。使用这种技术，我们制造了具有Al电极和5500 cm^2/Vs的迁移率的悬浮石墨烯器件。我们还首次展示了独立式薄Bi 2Se 3膜的制造和测量，该膜具有对电极的低接触电阻和>~500 cm^2/Vs的迁移率。
2010-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Unimpeded permeation of water through helium-leak-tight graphene-based membranes
通过纳米孔的渗透在用于过滤和分离技术的材料的设计中是重要的，并且因为在分子尺度上出现的不寻常的基本行为。我们发现，由氧化石墨烯制成的亚微米厚的膜可以完全不渗透液体，蒸汽和气体，包括氦气，但允许水不受阻碍地渗透（H2O渗透通过膜的速度至少是He的10^10倍）。我们将这些看似不相容的观察结果归因于单层水通过由紧密间隔的石墨烯片形成的二维毛细管的低摩擦流动。其他分子的扩散被低湿度下毛细管的可逆变窄和/或被水堵塞所阻止。
2011-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
STM driven transition from rippled to buckled graphene in a spin-membrane model
我们考虑了一个简单的自旋膜模型在石墨烯中的波纹。该模型表现出从一个平坦的，但波纹膜到一个屈曲的过渡。在高温下的转变是二级的，但它是在适当的自旋-自旋耦合强度的低温下的一级。驱动系统在非平衡条件下的一阶相变，模拟与STM尖端的石墨烯膜的相互作用解释了最近的实验。特别是，我们观察到的STM电流的小值的可逆行为和不可逆的过渡，从平面波纹膜刚性屈曲膜时，电流超过一个临界值。这项工作为测试石墨烯在不同温度和静电条件下的机械性能提供了可能性。
2016-10-17 cond-mat.mes-hall
Thermomechanical Insight into the Stability of Nanoporous Graphene Membranes
University of Brasília（巴西利亚大学）
本研究通过ReaxFF分子动力学模拟，探究不同孔径的多孔n-Benzo-CMPs膜的力学与热稳定性，发现其热稳定温度低于石墨烯，断裂应变随孔径增大而升高，临界拉伸强度仅取决于孔径。
2020-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single-layer MoS2 mechanical resonators
在这里，我们展示了单层二硫化钼机械谐振器的制造。所制造的谐振器具有10 MHz至30 MHz量级的基本谐振频率（取决于它们的几何形状），并且它们的品质因数在真空中在室温下约为~55。动力学性质清楚地表明单层MoS 2膜处于膜极限（即，张力占主导地位），与其较厚的对应物形成对比，后者表现为板块。我们还展示了我们的原子薄膜的非线性行为的清晰签名，从而为单层纳米机械谐振器的非线性动力学的未来调查提供了一个起点。
2014-02-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of oxygen plasma on nanomechanical silicon nitride resonators
精确控制拉伸应力和固有阻尼对于用于传感器应用和特别是量子光学力学的纳米机械系统的优化设计至关重要。本文研究了氧等离子体对纳米氮化硅谐振器的拉应力和本征阻尼的影响。氧等离子体处理是微米和纳米纤维中的常见步骤。我们表明，氧等离子体的只有几分钟的氧化氮化硅表面，产生几个纳米厚的二氧化硅层的压应力为1.30（16）GPa。这样的氧化物层可以使50nm厚的化学计量氮化硅膜的有效拉伸应力降低几乎50%。此外，固有阻尼随二氧化硅1 μ m厚度线性增加。在50W的氧等离子体中，仅用10秒就生长出了1.5nm的氧化层，使本征阻尼几乎增加了一倍。在氢氟酸缓冲溶液中，氧化层可被有效地去除。
2017-06-09 cond-mat.mes-hall
Repulsive interactions of a lipid membrane with graphene in composite materials
利用Lifshitz理论研究了脂质膜与石墨烯片覆盖的基底之间的范德华相互作用。得到了浸没在水中的层状平板系统的反射系数。所涉及的材料的介电响应特性也被指定和讨论。我们的计算表明，石墨烯覆盖的衬底可以排斥水中的生物膜。这是由于单层石墨烯引起的系统响应特性的显著变化。还发现范德华相互作用主要由石墨烯的存在主导，而特定衬底的作用是次要的。
2013-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
