Nonlinear damping in mechanical resonators based on graphene and carbon nanotubes
碳纳米管和石墨烯可以制造出色的纳米机械谐振器。它们有望用于各种科学和技术应用，包括质量，力和电荷的传感，以及介观尺度下量子现象的研究。在这里，我们发现纳米管和石墨烯谐振器的动力学实际上是非常奇特的。我们提出了一个前所未有的情况下，机械耗散完全由非线性阻尼。作为一个惊人的结果，品质因数Q强烈地依赖于运动的幅度。这种情况是从根本上不同于其他谐振器，其耗散是由线性阻尼项占主导地位。我们认为，这种差异源于碳纳米管和石墨烯的降维。此外，我们利用非线性性质的阻尼，以提高品质因数的纳米管/石墨烯谐振器。
2011-03-09 cond-mat.mes-hall
Electronic modulation of infrared emissivity in graphene plasmonic resonators
在高达250 ℃的温度下证明了氮化硅衬底上石墨烯等离子体共振器黑体发射的电子控制。结果表明，石墨烯谐振器产生天线耦合黑体辐射，表现为窄光谱发射峰在中红外。通过不断变化的纳米谐振器的载流子密度，这些光谱特征的频率和强度可以通过静电门调制。我们将这些现象描述为等离子体增强的辐射发射，其源自与石墨烯片中的等离子体衰减相关的损耗通道和SiNx中的振动模式。
2014-05-16 cond-mat.mes-hall
Simultaneous Electrical and Optical Readout of Graphene-Coated High Q Silicon Nitride Resonators
我们已经制造和测试了机械谐振器组成的一个单原子层的石墨烯沉积在悬浮氮化硅膜。通过添加石墨烯层，我们保留了氮化硅的理想机械特性，但利用石墨烯的电学和光学特性通过光学和电学手段来抑制共振运动。通过将石墨烯-氮化硅鼓定位在可调谐光学腔中，我们观察到由于石墨烯的光吸收而引起的设备的位置依赖性阻尼和谐振频率控制。
2013-07-09 cond-mat.mes-hall
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
Controlled assembly of graphene sheets and nanotubes: fabrication of suspended multi-element all-carbon vibrational structures
我们报告的制造和操作的多元素的振动结构组成的两个石墨烯机械谐振器耦合的纳米管梁。整个建筑都是悬浮的。每个石墨烯谐振器由两个金属电极夹持。该结构是使用电子束光刻和原子力显微镜纳米操纵的组合。这种布局使我们能够以电子方式检测机械振动。所测量的本征模被定位在石墨烯谐振器中的任一个中。通过测量一个石墨烯谐振器的谐振频率的偏移作为另一个谐振器的振动振幅的函数来研究由于纳米管引起的耦合。耦合石墨烯谐振器为非线性动力学、机械状态操纵和量子非破坏测量的研究带来了希望。
2013-10-19 cond-mat.mes-hall
Dissipation in graphene and nanotube resonators
研究了石墨烯纳米谐振器中不同的阻尼机制：衬底中的电荷、衬底和石墨烯片中的欧姆损耗、表面键的断裂和愈合（维可牢效应）、两级系统、附着损耗和热弹性损耗。我们发现，对于现实的结构和相反的半导体谐振器，耗散是由石墨烯层和金属栅极的欧姆损耗为主。这项研究的延伸碳纳米管为基础的谐振器。
2007-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear Damping in Graphene Resonators
基于单层石墨烯的连续介质力学模型，我们提出并分析了纳米机电石墨烯谐振器中耗散的微观机制。我们发现，弯曲模和面内声子之间的耦合导致的线性和非线性阻尼的面外振动。通过调整外部参数，如偏置和交流电压，可以跨越从线性到非线性阻尼为主的制度。我们讨论的行为的有效品质因数在这方面。
2012-12-14 cond-mat.mes-hall
Giant Tunable Mechanical Nonlinearity in Graphene-Silicon Nitride Hybrid Resonator
高品质因数的机械谐振器在发展经典或量子技术中显示出巨大的前景。与此同时，在发展可控的机械非线性方面也取得了进展。在这里，我们将这两个发展方向结合在一个由耦合氮化硅（SiNx）和石墨烯机械谐振器组成的平台上。我们表明，非线性响应可以诱导大面积SiNx谐振器模式，并可以有效地控制它耦合到一个门可调，自由悬挂的石墨烯模式。在SiNx谐振器表面上测量的混合模式的诱导非线性响应是巨大的，具有最高的测量Duffing常数之一。我们观察到一种新的声子频率梳，我们使用它作为测量值的替代验证，以及与测量结果总体一致的数值模拟。
2020-06-23 cond-mat.mes-hall
Optomechanical tuning of nonlinearity in graphene resonators
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
该研究提出一种光机械方法，通过光热加热与光腔的光机械相互作用，实现对石墨烯谐振器非线性响应的主动可逆原位调控，为二维纳米机电系统力学响应调控提供通用策略。
2026-08-03 cond-mat.mes-hall
Electron pumping in graphene mechanical resonators
石墨烯中高频振动和金属传输的结合使其成为纳米机电设备的独特材料。在这封信中，我们表明，石墨烯为基础的纳米机电设备非常适合电荷泵，由于其传输系数的静电势和机械变形的扰动的敏感性，与潜在的新型小规模设备与有用的应用。
2012-03-02 cond-mat.mes-hall
Stamp transferred suspended graphene mechanical resonators for radio-frequency electrical readout
我们提出了一种简单的微操作技术，将悬浮的石墨烯薄片转移到任何衬底上，并将它们与小的局部化门组装成机械谐振器。石墨烯的机械运动使用电的、射频（RF）反射读出方案来检测，其中时变石墨烯电容器反射f=5-6 GHz的RF载波，从而产生f +/- fm的调制边带。一个机械谐振频率高达fm=178 MHz的证明。我们发现硬化/软化Duffing效应对不同的样品，并获得一个临界振幅约40 pm的非线性在石墨烯机械谐振器的发病。作为DC偏置电压Vdc的函数的机械谐振的品质因数的测量表明，由于石墨烯电极中的运动诱导的位移电流引起的耗散在高频和大Vdc下是重要的。
2012-03-04 cond-mat.mes-hall
Superlattice of resonators on monolayer graphene created by intercalated gold nanoclusters
在这里，我们报告一种“新”类型的排序，允许修改的石墨烯单层（ML）的电子结构。我们已经在顶层单层石墨烯和外延石墨烯的缓冲层之间插入了小的金簇。我们发现，这些集群扰动ML石墨烯上的准粒子，并作为量子点创建一个超晶格的共振器上的石墨烯ML，揭示了一个强大的模式的驻波。使用傅里叶变换扫描隧道光谱学对驻波图案的详细分析强烈地表明，这种现象可以由石墨烯的能带结构的强烈修改和（或）由电荷密度波（CDW）引起，其中涉及范霍夫奇点的大扩展。
2010-06-30 cond-mat.mes-hall
Tunable Graphene Split-Ring Resonators
开口环谐振腔是超材料中超原子的原型。虽然基于贵金属的开口环谐振器已经被广泛研究，但到目前为止，还没有实验证明由石墨烯制成的开口环谐振器，石墨烯是一种新兴的有趣的等离子体材料。在这里，我们实验证明石墨烯开口环谐振器与深亚波长（约百分之一的激发波长）磁偶极子响应在太赫兹制度。同时，观察到四极和电偶极子，依赖于入射光的偏振。所有模式都可以通过化学掺杂或堆叠多个石墨烯层来调节。与SiO2衬底的表面极性声子的强相互作用也显著地修改响应。有限元频域模拟很好地再现了实验结果。我们的研究向多功能石墨烯超材料迈进了一步，超越了简单的石墨烯带或仅具有电偶极共振的圆盘阵列。
2020-08-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
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
An On/Off Berry Phase Switch in Circular Graphene Resonators
量子态的相位在系统的参数围绕闭合路径循环之后可能不会返回到其原始值;相反，波函数可能获得称为Berry相位的可测量相位差。贝里相位通常是通过干涉实验获得的。在这里，我们证明了一个不寻常的贝里相位诱导的光谱功能：一个突然的和大的角动量态的能量在圆形石墨烯pn结谐振器达到一个小的临界磁场。这种行为是由于打开了与石墨烯中狄拉克费米子的拓扑性质相关的$π$ -Berry相。Berry相可以在10 mT量级的小磁场变化下打开和关闭，潜在地实现了各种光电石墨烯器件应用。
2017-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
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
A Movable Valley Switch Driven by Berry Phase in Bilayer Graphene Resonators
自从Berry相被发现以来，它在许多量子系统中起着重要的作用。在有间隙的Bernal双层石墨烯中，Berry相可以从0到2pi连续调谐，这为探索可调谐Berry相的物理现象提供了独特的机会。在这里，我们报告了在可移动双层石墨烯pn结谐振器中Berry相诱导的谷分裂和交叉的实验观察。在我们的实验中，双层石墨烯谐振器是通过结合扫描隧道显微镜针尖的电场和双层石墨烯的间隙产生的。垂直磁场使共振器中束缚态的Berry相位从0连续变化到2 π，并导致双层石墨烯中两个不等效谷的Berry相位差。因此，我们观察到巨大的谷分裂和不寻常的谷交叉的最低束缚态。我们的研究结果表明，双层石墨烯谐振器可以用来操纵谷电子学中的谷自由度。
2019-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of noise on hysteresis and resonance width in graphene and nanotubes resonators
我们调查的作用，噪声在滞后动力学的悬浮纳米管或石墨烯片受到振荡力。我们发现，不仅在这些系统中的滞后区的大小，而且位置可以控制的噪声。我们还发现，纳米谐振器作为噪声整流器：通过增加设置中的噪声，在这些系统中的特征峰的谐振宽度减小，因此，品质因数增加。
2012-09-05 cond-mat.mes-hall
Radio frequency electrical transduction of graphene mechanical resonators
我们报告了石墨烯机械谐振器的射频电读出。机械运动的驱动和检测直接通过使用矢量网络分析仪，采用本地门，以尽量减少寄生电容。研制了无电阻双钳位样品，在77 K时，其谐振频率约为34 MHz，品质因数约为10000，信噪比大于20 dB。除了比电射频混频方法快两个数量级之外，这项技术还为石墨烯在射频器件（如滤波器和振荡器）中的应用铺平了道路。
2010-12-20 cond-mat.mes-hall
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
Frequency tuning, nonlinearities and mode coupling in circular graphene resonators
我们研究了圆形纳米机械石墨烯谐振器通过连续弹性理论，把它们作为膜。我们推导出弯曲模振幅的动力学方程。由于几何非线性，这些可以通过耦合Duffing方程来建模。通过求解Airy应力问题，我们得到了本征频率和非线性系数的解析表达式作为半径，悬挂高度，初始张力，背栅电压和弹性常数的函数，我们与有限元模拟比较。利用扰动理论，我们证明了对于有限偏转，有必要考虑非均匀应力分布的影响。这正确地再现了谐振器的频谱和频率调谐，包括频率交叉。
2013-05-17 cond-mat.mes-hall
Tuning Strain in Flexible Graphene Nanoelectromechanical Resonators
低维纳米材料的结构灵活性为研究应变对其物理特性的影响以及利用应变工程开发创新设备提供了独特的机会。实现这些目标的关键是一个设备平台，该平台允许对应变进行独立调整和可靠校准。在这里，我们报告的柔性基板上的石墨烯纳米机电谐振器（GNEMR）的制造和表征。结合衬底弯曲和静电门控，我们实现了石墨烯中应变和下垂的独立调节，并在很宽的参数空间上探索了非线性动力学。分析和数值研究的连续介质力学模型，包括竞争的高阶非线性项，揭示了一个全面的非线性动力学相图，定量地解释了复杂的行为GNEMRs。
2015-11-01 cond-mat.mes-hall
Graphene on silicon nitride for optoelectromechanical micromembrane resonators
由于其特殊的机械和光学性能，介质氮化硅（SiN）微膜谐振器已成为许多光学机械实验的核心。膜与电系统的有效电容耦合将有助于激励混合光机电器件。然而，这种介电膜的电容耦合相当弱。在这里，我们添加了一个单层的石墨烯SiN微膜和比较机电耦合和机械性能裸露的电介质膜和膜金属化的铝层。石墨烯涂层膜的静电耦合被发现是等于一个完美的导电膜。我们的研究结果表明，单层石墨烯大大增强了机电电容耦合，而不会显着增加质量，降低优越的机械品质因数或影响SiN微膜谐振器的光学特性。
2013-07-17 cond-mat.mes-hall
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
High-frequency stochastic switching of graphene resonators near room temperature
强驱动机械谐振器的两个双稳态之间的随机切换使得能够以模仿生物系统的方式基于概率分布检测弱信号。然而，传统的硅谐振器在微尺度需要大量的波动功率，以实现在几个赫兹的数量级的开关速率。在这里，我们采用原子厚度的石墨烯膜谐振器来实现7.8kHz的随机切换速率，这比当前最新技术快200倍。波动的（有效）温度约为400 K，这是3000倍低于国家的-这表明，这些膜对于消除可听频率域中的弱信号是潜在有用的。此外，我们进行数值模拟，以了解谐振器的过渡动力学，并推导出简单的解析表达式，以调查相关的缩放参数，使高频，低温随机开关实现在机械谐振器。
2018-12-21 cond-mat.mes-hall
Probing thermal expansion of graphene and modal dispersion at low-temperature using graphene NEMS resonators
我们使用悬浮的石墨烯机电谐振器来研究谐振频率作为温度的函数的变化。测量从300 K到30 K的张力变化引起的频率变化，使我们能够提取关于单层石墨烯的热膨胀作为温度的函数的信息，这对于应变工程应用至关重要。我们发现石墨烯的热膨胀在300 K到30 K之间都是负的。我们还研究了色散，谐振频率与直流栅电压的变化，机电模式，并发现相当大的谐振频率的可调谐性，理想的应用程序，如质量传感和RF信号处理在室温下。随着温度的降低，正色散的机电模式逐渐向负色散的机电模式演化。我们定量地解释这种交叉，并讨论最佳的机电性能，是理想的温度补偿传感器。
2010-01-25 cond-mat.mes-hall
Graphene Metallization of High-Stress Silicon Nitride Resonators for Electrical Integration
高应力化学计量比氮化硅谐振器，其品质因数超过一百万，已显示出在传感和信号处理中的应用前景。然而，绝缘氮化硅谐振器的电集成一直是具有挑战性的，因为即使沉积薄的金属层也会显著降低品质因数。在这项工作中，我们表明，石墨烯用作Si 3 N4膜的导电涂层，使品质因数平均降低不到30%，这与传统金属化层（如铬或铝）的影响相比是最小的。Si 3 N4-石墨烯（SiNG）异质结构谐振器的电集成与电读出和静电调谐的频率高达1%每伏证明。这些研究证明了混合石墨烯/氮化物机械谐振器的可行性，其中石墨烯的电性能与氮化硅的优异机械性能相结合。
2013-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Effect of Interlayer Shear to Graphene Resonators
单层或几层石墨烯纳米带可以制成对环境变化具有极高灵敏度的弯曲谐振器。在这项工作中，我们研究了层间剪切对石墨烯纳米带的共振频率f的影响，通过分子动力学（MD）模拟和弹性模型分析，包括层间剪切。与经典薄梁理论预测的f~nl ^-2（l为梁长，n为层数）相反，分子动力学模拟结果显示了非常不同的依赖关系，f~l ^-1.36和f-fmono~（n-1）/n（fmono为单层梁的频率）。多层石墨烯条带的层间剪切模量远小于其层内杨氏模量，并且弱的层间相互作用不能维持相邻层中碳原子之间的配准。多层石墨烯纳米带在振动过程中会产生较大的剪切变形。因此，我们提出了一个多梁剪切模型（MBSM）考虑层间剪切能量的多层石墨烯纳米带。它使预测与直接MD模拟非常一致，无需任何拟合参数。这些结果对于多层石墨烯纳米带的各种应用具有重要意义，例如在纳米机电器件中，包括谐振器、传感器和致动器，其中层间剪切对变形、振动和能量耗散过程具有明显的影响。
2010-12-03 cond-mat.mes-hall
Coupling between quantum Hall state and electromechanics in suspended graphene resonator
利用石墨烯谐振器，我们在量子霍尔机制下进行机电测量，以探测量子霍尔（QH）系统与其机械运动之间的耦合。通过共振对QH态进行机械扰动，改变了系统的直流电阻，并由于电子干扰而导致Fano线形。系统的磁化修改谐振器的平衡位置和有效刚度，导致谐振频率的变化。我们的实验表明，量子霍尔态和力学之间存在着密切的耦合-电子输运受到物理运动的影响，反过来，磁化修改机电响应。
2012-02-03 cond-mat.mes-hall
Strong indirect coupling between graphene-based mechanical resonators via a phonon cavity
机械谐振器是存储和处理信息的有前途的系统。为了在机械模式之间传递信息，需要这些模式之间的直接耦合或接口。在以前的工作中，在一个单一的机械谐振器和相邻的机械谐振器之间的直接相互作用的不同模式之间的强耦合已被证明。然而，远距离的机械谐振器之间的耦合，这是一个至关重要的要求，长距离的经典和量子信息处理使用机械设备，仍然是一个实验的挑战。在这里，我们报告了实验观察到的石墨烯为基础的机电系统中分离的机械谐振器之间的强间接耦合。耦合是由一个远离共振声子腔通过虚拟激发通过拉曼过程介导的。通过控制声子腔的谐振频率，可以在很宽的范围内调谐间接耦合。我们的结果可能会导致门控全机械器件的发展，并开辟了长距离量子力学实验的可能性。
2018-01-26 cond-mat.mes-hall
Graphene nanoelectromechanical resonators for detection of modulated terahertz radiation
提出并分析了基于石墨烯机械浮栅场效应晶体管的调制太赫兹辐射探测器。入射辐射的太赫兹分量在石墨烯层（GLs）中诱导等离子体振荡的共振激发。GL之间的有质动力的整流分量引起顶部GL的谐振机械摆动，导致漏极电流振荡。为了估计器件的响应度，我们求解了石墨烯中控制等离子体波响应的电子和空穴的流体动力学方程，以及描述石墨烯膜振荡的方程。组合的等离子体机械共振将电流幅度提高了四个数量级。使用石墨烯作为弹性栅极和导电沟道的材料允许在宽范围内对两个谐振频率进行电压调谐。
2014-06-09 cond-mat.mes-hall
Phononic Casimir corrections for Graphene resonator
通过计算石墨烯声学声子的Casimir能量，我们发现了一些依赖于温度的石墨烯片悬挂在沟槽上的预张力的修正。我们得到的顺序的几个mN/m的这些修正在完全以及双钳位石墨烯在一个狭窄的沟槽与一个纳米的宽度，在室温下的值。这些值与实验值相比是相当大的，并且可以增加石墨烯的基本共振频率。这些校正的值通过增加温度而增加，因此它们可以用于调节石墨烯预张力。
2018-12-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Optomechanical coupling between a multilayer graphene mechanical resonator and a superconducting microwave cavity
由诸如石墨烯的二维晶体制成的机械谐振器的低质量密度、高频率和高品质因数的组合使得它们对于力感测/质量感测中的应用以及探索机械运动的量子机制具有吸引力。具有超导腔的微波光力学提供了精确的位置灵敏度，并且能够在量子基态中制备和检测机械系统。在这里，我们展示了一个多层石墨烯谐振器与高$\textit{Q}$超导腔之间的耦合，其品质因数高达220，000。利用热机械噪声作为校准，我们实现了17 fm/ $\sqrt{\text{Hz}}$的位移灵敏度。光机械耦合表现为光机械诱导反射（OMIR）和吸收（OMIA）的微波光子。我们观察到17分贝的机械微波放大和强大的光机械反作用的签名。我们提取的协同$C$，耦合强度的表征，定量地从测量没有自由参数，并找到$C=8$，有希望的石墨烯运动的量子制度。
2015-03-30 cond-mat.mes-hall
Edge mode based graphene nanomechanical resonators for high-sensitivity mass sensor
我们进行了分子动力学模拟和理论分析，以研究基于石墨烯纳米机械谐振器的质量传感器的灵敏度，这是致动以下的全球扩展模式或本地化的边缘模式。我们发现，对应于边缘模式的质量检测灵敏度是约三倍高于对应于扩展模式。我们的分析推导表明，灵敏度的增强源于边缘模式的有效质量的减少，由于其本地化功能。
2019-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dissipative and conservative nonlinearity in carbon nanotube and graphene mechanical resonators
石墨烯和碳纳米管代表了一维和二维纳米机电谐振器的极限尺寸。由于它们的降维，石墨烯和碳纳米管显示出不寻常的力学行为;特别是，它们的动力学是高度非线性的。在这里，我们回顾了几种类型的非线性行为的谐振器由纳米管和石墨烯。我们首先讨论一个前所未有的情况下，阻尼描述的非线性力。这种情况得到了几个实验事实的支持：（i）品质因数随运动幅度变化，其指数与非线性阻尼模型预测的值一致，（ii）滞后行为（作为驱动频率的函数的运动幅度）在我们的一些谐振器中甚至对于大的驱动力也不存在，如当非线性阻尼力大时所预期的，以及（iii）当我们量化线性阻尼力（通过执行参数激励测量）时，我们发现它显着小于非线性阻尼力。然后，我们审查参数激励测量，一种替代的驱动方法，它是基于非线性动力学。最后，我们讨论了实验中的机械运动耦合到电子输运通过纳米管。耦合可以做得很强，以至于作用在纳米管上的相关力变得与位移和速度高度非线性。总的来说，石墨烯和纳米管谐振器为经典和量子非线性动力学的未来研究带来了希望。
2011-10-06 cond-mat.mes-hall
High quality factor graphene-based 2D heterostructure mechanical resonator
基于低维材料的超轻机械谐振器非常适合作为微小力或质量变化的特殊换能器。然而，低维度也为最小化电阻损耗和发热带来了挑战。在这里，我们报告了一种新的方法，旨在结合不同的2D材料来应对这一挑战。我们制作了一个异质结构的机械谐振器组成的几层二硒化铌（NbSe $_2$）由两个石墨烯片封装。该混合膜在低温下显示出高达245'000的高品质因数，与最好的少层石墨烯机械谐振器相当。与少层石墨烯谐振器相比，该器件显示出归因于NbSe $_2$层的较低电阻率的降低的电损耗。固有品质因数的特有的低温度依赖性指向在电子系统上松弛的两能级系统上的耗散。我们的高灵敏度读出是通过将膜耦合到超导腔来实现的，这允许将混合机械谐振器集成为未来量子线路中的灵敏和低损耗换能器。
2018-09-17 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Coherent phonon dynamics in spatially separated graphene mechanical resonators
机械谐振器中的振动模式为经典信息和量子信息的接口和操纵提供了一个有希望的候选者。远距离机械谐振器之间的相干动力学的观察可以是可扩展的基于声子的应用的关键一步。在这里，我们报告了可调谐相干声子动力学的架构，包括三个石墨烯机械谐振器串联耦合，其中所有的谐振器可以通过控制门上的电信号来操纵。我们演示了空间分离的谐振器之间的相干拉比振荡间接耦合通过中间谐振器作为声子腔。拉比频率与控制门上的微波爆发功率非常吻合。我们还观察到拉姆齐干涉，其中振荡频率对应于这些谐振器之间的间接耦合强度。这种相干过程表明，振动模式中编码的信息可以在空间上分离的谐振器之间传输和存储，这可以打开基于按需声子的信息处理的场所。
2020-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coupling graphene mechanical resonators to superconducting microwave cavities
石墨烯是用于纳米机械装置的有吸引力的材料，因为它允许特殊的性质，例如高频率和品质因数，以及低质量。然而，一个突出的挑战是获得运动和外部系统之间的大耦合，以实现有效的读出和操作。在这里，我们报告了一种新的方法，其中我们电容耦合高Q石墨烯机械谐振器（$Q \sim 10^5$）的超导微波腔。初始器件表现出$\sim 10$ Hz的大的单光子耦合。值得注意的是，我们可以静电改变石墨烯的平衡位置，从而调整单光子耦合，机械共振频率和观察到的Duffing非线性的符号和幅度。强的可调谐性开辟了新的可能性，例如在时间尺度上比腔线宽的倒数更快地调谐光机械耦合强度。随着现实的改进，应该有可能进入量子光学力学领域。
2014-04-25 cond-mat.mes-hall
Graphene optomechanics realized at microwave frequencies
腔光学力学已经成为研究光与微机械运动通过辐射压力相互作用的平台。在这里，我们观察到这种现象与石墨烯机械谐振器耦合到电磁模式。我们测量热运动和反作用冷却耦合到一个微波片上腔的双层石墨烯谐振器。我们在24 MHz下检测到最低的弯曲模式，低至50 mK，对应于大约40个机械量子，代表了比石墨烯谐振器迄今为止记录的声子占用低近三个数量级。
2014-03-12 cond-mat.mes-hall
Enhancing infrared extinction and absorption in a monolayer graphene sheet by harvesting the electric dipolar mode of split ring resonators
研究了单层石墨烯片通过图案化开口环谐振器（SRR）在红外波段的消光和吸收增强。结果表明，与磁模和其他高阶模相比，电模对红外消光和吸收的增强作用更强。我们通过增加SRR单元电池设计中的石墨烯面积比来改善SRR石墨烯片的红外消光。随着石墨烯面积比的增加，电偶极模的辐射能力和石墨烯的耗散竞争约50%的最大红外吸收。通过捕获电偶极模来增强石墨烯片的红外消光和吸收的研究结果可能在石墨烯光子学和光电子学的太赫兹和红外检测和调制中具有潜在的应用。
2013-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Anomalous Reflection Phase of Graphene Plasmons and its Influence on Resonators
石墨烯等离子体激元在被突变边缘散射时拾取的相位通常被假定为$-π$。在这里，它表明，对于高等离子体动量，这个反射相是$\approx -3π/4$，几乎独立于化学势，波长或电介质基板。这种非平凡的相位产生于接近边缘的高度倏逝模式的复杂激发，其需要满足电场和磁场的连续性。对于支持高度受限等离子体激元的其他二维系统（非常薄的金属膜、拓扑绝缘体、过渡极化激元层等），预期反射相的类似结果。的反射相位的知识，结合传播时拾取的等离子体激元的相位，允许从无限单层中的等离子体激元的色散关系的谐振器特性的估计。
2014-06-27 cond-mat.mes-hall
Dislocation induced energy dissipation in a tunable trilayer graphene resonator
在晶体材料中，位错的产生和调制通常与塑性形变和能量耗散有关。在这里，我们报告的能量耗散的三层石墨烯带谐振器的研究。带的振动对石墨烯带产生循环机械负载，在此期间机械能作为热耗散。测量石墨烯谐振器的品质因数提供了评估能量耗散的方式。石墨烯带与硅微致动器集成在一起，使其面内张力得到微调。当我们逐渐增加张力时，我们观察到，除了众所周知的共振频率增加之外，能量耗散也有很大的变化。我们提出，占主导地位的能量耗散机制转移到三个区域。在较小的张力下，石墨烯处于弹性区，主要的能量耗散是通过石墨烯边缘折叠;随着张力的增加，位错开始在样品中发展，逐渐主导能量耗散;最后，在足够大的张力下，石墨烯层变得解耦，开始滑动并引起摩擦，这导致更严重的能量耗散。通过分子动力学计算模拟了位错的产生和调制过程，提出了计算能量损失的方法，并与实验结果进行了比较。
2021-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic-field-controlled negative differential conductance in graphene npn junction resonators
负微分电导（NDC）具有电流随电压增加而减小的特性，因其具有多种新颖的应用而引起人们的关注。对于选定的系统，NDC通常存在于一定范围的偏置电压中，并且在电流对电压（I-V）的曲线中控制NDC的区域在实验上具有挑战性。在这里，我们展示了一个不寻常的磁场控制的NDC在石墨烯npn结谐振器。该磁场不仅可以实现NDC的开通和关断，而且可以对NDC在I-V曲线上的区域进行连续调谐。在石墨烯npn结谐振器中，磁场借助无质量狄拉克费米子的克莱因隧穿产生尖锐而明显的朗道能级峰。扫描隧道显微镜的针尖引起针尖下方石墨烯中朗道能级的相对移动。未对准的朗道能级之间的调谐导致磁场控制的NDC，其可能具有未来石墨烯基技术的潜在应用。
2017-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Imaging vibrations of locally gated, electromechanical few layer graphene resonators with a moving vacuum enclosure
对纳米机械谐振器的振动进行成像意味着根据其频率响应对平面内位置的依赖性来测量其弯曲模式形状。应用于二维谐振器，这种技术提供了丰富的信息，原子级薄膜的机械性能。我们提出了一个简单而强大的系统，在室温和真空中的面内位移精度为$\approx0.20$ $μ$ m的几层石墨烯（FLG）谐振器的振动成像。它包括一个坚固的真空外壳安装在一个三轴微定位阶段和设计的自由空间光学测量振动。该系统配备了超柔性射频波导，以电致动谐振器。用它，我们通过测量其频率响应作为膜上的位置的函数来表征FLG谐振器的最低频率模式。谐振器悬挂在纳米制造的局部栅电极上，该栅电极既充当反射镜又充当电容器板，以在射频下致动振动。从这些测量中，我们估计膜的热膨胀系数与热导率的比率，并且我们测量最低频率模式的有效质量。我们补充我们的研究与全球门控谐振器和图像的前三个振动模式。在那里，我们发现膜中的褶皱局部抑制振动。
2021-01-04 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
Motion transduction with thermo-mechanically squeezed graphene resonator modes
近年来，在光电机械领域中，对微小运动的放大和检测产生了极大的兴趣。在这里，我们展示了基于石墨烯/氮化硅（SiNx）混合物的广泛可调谐、宽带宽和高增益全机械运动放大器。在这些装置中，大面积SiNx膜的微小运动被转换成耦合到SiNx的石墨烯鼓谐振器中的大得多的运动。此外，石墨烯的热噪声通过参数张力调制被降低（压缩）。放大器的参数通过光热驱动SiNx和干涉检测石墨烯位移来测量。我们得到的位移功率增益为38 dB，并证明4.7 dB的压缩导致的检测灵敏度为3.8调频每平方根赫兹，接近SiNx的热噪声极限。
2018-10-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
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
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
Highly tunable hybrid metamaterials employing split-ring resonators strongly coupled to graphene surface plasmons
超材料和等离子体是非常规操纵和利用光的强大工具。超材料可以被设计成具有天然材料所缺乏的有趣特性，例如负折射率。等离子体提供了将光限制在亚波长维度并增强光与物质相互作用的能力。最近，基于石墨烯的等离子体显示出新兴的技术潜力，因为与基于金属的等离子体相比，它具有大的可调谐性，更高的场约束和更低的损耗。在这里，我们介绍了混合结构，包括石墨烯等离子体谐振器有效地耦合到传统的开口环谐振器，从而展示了一种高度可调的超材料，其中两个谐振之间的相互作用达到强耦合制度。这种混合超材料被用作高速THz调制器，表现出超过60%的透射调制和超过40 MHz的工作速度。该器件概念还提供了一个平台，用于探索石墨烯等离子体结构中的腔增强光-物质相互作用和光学过程，用于包括传感，光电检测和非线性频率产生在内的应用。
2015-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Terahertz detection using mechanical resonators based on 2D materials
我们已经研究了太赫兹检测方案的基础上混合的电信号在一个电压依赖的电容制成的悬浮石墨烯。我们已经分析了相干和非相干检测制度，并比较其性能与最先进的状态。使用高振幅本机振荡器，我们预计在相干模式的量子有限检测的潜力。灵敏度源于原子级薄石墨烯或石墨烯相关2D材料的非凡机械和电学特性。
2017-02-20 cond-mat.mes-hall
Scalable near-infrared graphene plasmonic resonators exhibiting strong non-local and electron quantization effects
石墨烯等离子体共振器由于其电可调谐性和大的限制因子而在太赫兹和中红外范围内得到了广泛的研究，这可以显著增强光-物质耦合。在这项工作中，我们证明了石墨烯等离子体激元的特征标度律在较小（< 40 nm）的等离子体激元波长下发生变化，将石墨烯等离子体激元谐振器的工作频率扩展到近红外（NIR）并修改其光学限制特性。我们利用一种新的自下而上的嵌段共聚物光刻方法，大大提高了自上而下的方法，以创建窄至12纳米以上的厘米级区域的谐振器。对这些结构的测量表明，它们的等离子体共振受到非局域和量子效应的强烈影响，这将它们的共振频率推到近红外（2.2 μ m），几乎是之前实验工作频率的两倍。这些谐振器的限制因子，同时，达到137 +/- 25，其中最大的文献报道的光学腔。虽然我们的研究结果表明，一些“禁戒”跃迁的增强是一个数量级弱于预测，结合近红外响应和这些结构的大限制，使他们成为一个有吸引力的平台，探索超强增强自发发射。
2020-05-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Monolayer graphene as dissipative membrane in an optical resonator
我们实验证明了原子级薄的，独立的石墨烯膜的光学腔的耦合。通过改变膜的位置沿驻波场的腔，我们定制的膜和腔之间的耗散耦合，我们表明，耗散耦合可以超过色散耦合。这样一个系统，其中控制耗散优于色散，将证明是有用的新的激光冷却方案在光学机械。此外，我们还测定了自支撑单层石墨烯在780 nm处的连续光损伤阈值为1.8（4）~MW/cm $^2$。
2016-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.optics
