Princess and the Pea at the nanoscale: Wrinkling and delamination of graphene on nanoparticles
薄膜对外力或几何约束表现出复杂的响应。一个熟悉的例子是人类皮肤、植物叶子和织物所表现出的褶皱，这是由于弯曲相对于拉伸相对容易。在这里，我们研究了石墨烯，已知的最薄和最硬的膜，沉积在二氧化硅纳米粒子装饰的二氧化硅衬底上的沉积。在小的纳米颗粒密度下，单层石墨烯粘附到基底上，仅在纳米颗粒周围的小区域中分离。随着纳米颗粒密度的增加，我们观察到连接纳米颗粒的皱纹的形成。在临界纳米颗粒密度以上，褶皱形成贯穿样品的网状结构。随着石墨烯膜变得更厚，观察到从基底的整体分层。观察可以很好地理解在一个连续弹性模型，并具有重要的意义，应变工程的电子性能的石墨烯。
2012-11-26 cond-mat.mes-hall
Controlling the nanoscale rippling of graphene with SiO2 nanoparticles
石墨烯的电子性质可以受到机械应变的显著影响。在石墨烯中诱导应变的一种实用方法是将这种原子级薄膜转移到具有特定介电常数的预图案化衬底上。使用纳米颗粒赋予石墨烯外在波纹的可能性尚未完全探索。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，在Si衬底上制备的Langmuir-Blodgett技术。我们表明，转移的石墨烯的介电常数，从而膜应变可以通过在中等温度下退火来修改。桥接纳米颗粒的膜部分是悬浮的，并且可以通过原子力显微镜尖端和石墨烯之间的吸引力可逆地提升。这允许动态控制石墨烯纳米膜的局部形态。
2014-05-15 cond-mat.mes-hall
High-quality nanostructured diamond membranes for nanoscale quantum sensing
Princeton University（普林斯顿大学）；University of Basel（巴塞尔大学）
针对近表面NV中心量子传感器易受制备工艺损伤的问题，提出低损伤纳米结构金刚石膜制备工艺，可保留浅NV中心特性并实现光子增强，配套转移方法可适配多类传感目标。
2025-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Colloquium: Ionic phenomena in nanoscale pores through 2D materials
通过纳米孔的离子传输渗透到许多科学和技术领域，从细胞行为到传感和分离，再到催化和电池。二维材料，如石墨烯、二硫化钼（MoS $_2$）和六方氮化硼（hBN），是这些领域的新成员。低维材料为开发过滤、传感和电力技术提供了新的机会，包括离子排斥膜、DNA测序、单分子检测、渗透发电等。此外，通过这些材料内的孔和收缩的离子传输的物理学是竞争性多粒子相互作用的不同领域（例如，溶剂化/脱水、静电阻断、氢键动力学）和限制。这开辟了创造仿生孔的替代途径，甚至可能在经典领域中给出量子现象的类似物，例如量子电导。这些前景使膜的二维材料-即，二维膜--很有趣。我们将讨论离子通过二维膜中的纳米孔传输的物理和应用。
2019-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Thermal transport in suspended silicon membranes measured by laser-induced transient gratings
由于测量过程的物理性以及准确性和再现性的问题，研究纳米级的热传输带来了巨大的实验挑战。激光诱导瞬态热光栅（TTG）技术允许对纳米结构样品进行非接触式测量，而不需要金属加热器或任何其他外部结构，具有固有的高绝对精度的优点。我们提出了一个审查最近的研究在纳米硅膜的热传输使用TTG技术。概述的方法，包括测量误差的分析，其次是从固体和纳米图案化膜的测量获得的新发现的讨论。最重要的结果是直接观察到的非扩散声子介导的运输在室温下和测量的厚度依赖的热导率的悬浮膜在很宽的厚度范围内，表现出良好的协议与第一性原理为基础的理论假设在边界处的漫散射。在具有周期性图案的纳米孔的膜上的测量表明完全扩散运输，并产生与蒙特卡罗模拟一致的热扩散率值。基于迄今为止所获得的结果，我们得出结论，室温下的膜基硅纳米结构中的热传输现在是合理的理解。
2016-10-29 cond-mat.mes-hall
Fabrication of Metal Nanoscale Devices on Insulating Membranes by High-Resolution Atom Ablation
透射电子束（TEBs）长期以来一直被用于研究和操纵纳米尺度的材料。在1970年代后期，Cherns证明了暴露于1 MeV TEB的Au膜的表面点蚀，并观察到石英中的晶体位错。不久之后，使用电子束照射在NaCl晶体、氧化铝片、CaF 2和MgO中钻纳米孔和纳米线。最近的例子包括在硅、不锈钢以及Si 3 N4和SiO2膜中钻纳米孔。在这封信中，我们展示了一个新的和高度灵活的应用TEB为基础的制造，以生产复杂的金属几何形状和完全集成的设备，亚10纳米的功能，在氮化硅膜。通过用高分辨率透射电子显微镜的~ 0.5 nm直径光束烧蚀蒸发的（Al、Ni、Cr、Ag、Au）金属膜，可以以亚纳米精度“雕刻”出任意金属图案。消融动作的原位成像允许实时反馈控制。这里提出的具体示例包括纳米环、具有定制曲率的纳米线以及在端子之间具有纳米岛或纳米孔的多端子器件。重要的是，这些纳米结构是在芯片上的精确位置制造的，并无缝集成到大规模电路中。高分辨率、几何控制和产量的组合使得这种制造方法对于包括纳米电子学和分子移位在内的许多应用是相当独特和非常有吸引力的。
2006-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamical response of a radiative thermal transistor based on suspended insulator-metal transition membranes
我们研究了当膜的温度在其临界值附近调谐时，由相变材料制成的膜与衬底之间在近场区域中交换的热通量的动态控制。我们表明，在与外部源的热辐射的相互作用，该系统是多稳态的，并表现为一个热晶体管，能够动态调制，甚至放大超普朗克热通量。这种行为可用于动态控制系统中的纳米级交换的热通量的热平衡和处理热信息采用悬浮膜。
2018-09-24 cond-mat.mes-hall
Nanoscale diffractive probing of strain dynamics in ultrafast transmission electron microscopy
纳米结构系统中的光驱动高频应变波的控制是纳米声学进一步发展的重要组成部分。然而，广泛适用的实验手段，以定量映射这种结构的扭曲，其内在的超快时间和纳米长度尺度仍然缺乏。在这里，我们介绍了超快会聚束电子衍射（U-CBED）与纳米探测束的定量检索的时间相关的局部畸变张量。我们通过研究单晶石墨膜边缘附近的超快声变形来证明其能力。跟踪的结构失真与28 nm/700 fs的时空分辨率，我们观察到的声学膜呼吸模式与空间调制的振幅，由光学近场结构在膜边缘。此外，在膜边缘处发射面内极化声冲击波，其触发具有显著时空依赖性的二次声剪切波。实验结果进行了比较，在连续介质极限的数值声波模拟，突出微观耗散机制和弹道输运渠道的重要性。
2017-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Two orders of magnitude reduction in silicon membrane thermal conductivity by resonance hybridizations
通过在一个或两个表面上附着纳米级柱，可以显著降低独立式单晶硅膜的热导率。纳米柱的原子共振与基底膜声子模式局部地和固有地耦合，使得这些模式在声子能带结构中的每个耦合位置处杂交和平坦化。随后的群速度降低，原则上可以被调整为在硅的整个光谱上发生，导致基膜中的面内热导率降低。使用平衡分子动力学模拟，我们报告了一个惊人的两个数量级的减少，在室温下的热导率由这种机制。
2016-07-03 cond-mat.mes-hall
Ion Permeation in Nanoscale Films: Fundamental Limitation and Evaluation of Dielectric Properties
Technion Israel Institute of Technology（以色列理工学院）
研究揭示纳米尺度薄膜中离子渗透的基本限制，通过分析离子自能与薄膜厚度的关系，改进了对超薄薄膜介电性质的评估方法。
2026-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
Proton transport through nanoscale corrugations in two-dimensional crystals
本研究利用高分辨率SECCM发现，二维晶体的纳米级非平坦性（如褶皱、应变累积区域）可极大促进质子输运，揭示纳米形貌是质子渗透的关键参数，为调控二维材料质子渗透性提供了新自由度。
2023-05-08 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Three-dimensional phonon population anisotropy in silicon nanomembranes
纳米尺度单晶由于晶体的截断而具有修改的声子色散。表面的引入改变了声子相对于体的数量，并引入了由平移对称性破缺引起的各向异性。这样的修改存在于整个布里渊区，甚至在几个纳米的尺寸的结构，构成了一个挑战的振动特性的表征，并导致在预测纳米材料的热，光学和电子性能的不确定性。同步辐射X射线热漫散射研究发现，独立的Si纳米膜的厚度为21 nm大，表现出更高的散射强度比体硅每单位厚度。此外，由这些膜的有限厚度引起的各向异性与相应的面内方向相比沿着垂直于膜表面的倒空间方向产生特别强烈的散射。这些结果揭示了尺寸的基础上批量声子分散体的材料性能和器件特性的计算需要考虑的纳米尺寸的晶体。
2020-02-25 cond-mat.mes-hall
Molecular details and free energy barriers of ion de-coordination at elevated salinity and pressure and their consequences for membrane separations
本研究通过分子模拟揭示了高压高盐度下离子去配位的自由能能垒与分子细节，发现高浓度会降低阳离子配位数减少的能垒，并探讨了其对膜分离中离子选择性的影响。
2025-03-05 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Scanning nano-spin ensemble microscope for nanoscale magnetic and thermal imaging
基于固态自旋的量子传感器在从基础物理和化学到生物医学成像的广泛领域提供了巨大的机会。然而，将它们集成到扫描探针显微镜中以实现实用的纳米级量子成像是一项极具挑战性的任务。最近，在金刚石中使用单自旋结合原子力显微镜技术已经允许朝着这个目标取得重大进展，但这种方法的推广到目前为止一直受到阻碍，由长的采集时间或同时地形信息的缺乏。在这里，我们报告的扫描量子探针显微镜，解决了这两个问题，通过采用纳米自旋合奏托管在纳米金刚石。这种方法在采集时间上提供了高达一个数量级的增益，同时保留了量子传感器和地形图像的亚100 nm空间分辨率。我们展示了这种显微镜的两个应用。我们首先通过自旋共振光谱和自旋弛豫法，在环境条件下的磁赤铁矿颗粒的纳米级集群的图像。我们的图像显示快速磁场波动，除了一个静态的组成部分，表明存在超顺磁性和铁磁性粒子。接下来，我们展示了一种新的成像方式，其中纳米自旋系综被用作温度计。我们使用这种技术来映射激光照射单个金纳米粒子在流体环境中产生的光致加热。这项工作为量子探针显微镜的新应用铺平了道路，例如操作微电子设备的热/磁成像和细胞膜中离子通道的磁检测。
2015-12-31 cond-mat.mes-hall
Phonon dispersion of nanoscale honeycomb phononic crystal: gigahertz and terahertz spectroscopy comparison
本研究实验对比了纳米级蜂窝状硅声子晶体在千兆赫（连续近似成立）和太赫兹（连续近似失效）范围的声子色散，发现前者与连续模型模拟吻合、后者与体硅无差异，揭示了连续模型的适用边界。
2024-07-25 cond-mat.mes-hall
Nanostructures in suspended mono- and bilayer epitaxial graphene
悬浮石墨烯膜是一种特殊的结构，在纳米力学、热传输和光电子学中具有重要的应用。到目前为止，常用的几何形状仍然非常简单，并且仅限于微尺度。我们建议在这里克服这个问题，使纳米结构在悬浮外延双层石墨烯大规模和各种各样的几何形状。我们还展示了一种新的SiC-石墨烯混合薄膜，具有令人印象深刻的鲁棒性。由于悬浮石墨烯膜的力学和热耗散与其自身的几何形状密切相关，因此我们还专注于热传输和应变工程实验。显微拉曼光谱映射成功地进行了各种几何形状的内在特性测量在纳米级。我们对石墨烯几何形状的工程设计允许减少热传输，释放和调节我们结构中的应变。
2018-06-05 cond-mat.mes-hall
Phase Behavior of Unilamellar Hybrid Lipid-Diblock Copolymer Membranes
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
提出一个物理框架，结合化学不混溶性、疏水厚度不匹配和几何约束，预测杂化膜的形态，并通过粗粒化分子动力学验证，统一了实验和模拟观察。
2026-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.chem-ph
OpenBTE: a Solver for ab-initio Phonon Transport in Multidimensional Structures
在纳米尺度上控制热流对于包括热能收集和热管理在内的若干应用是关键的。然而，工程纳米结构是具有挑战性的，因为声子边界的相互作用，而不是考虑傅立叶定律，必须考虑。非扩散模型，如玻尔兹曼输运方程（BTE），已被成功地用于捕捉复杂结构中的尺寸效应;然而，它们的广泛应用受到该领域开源求解器有限的阻碍。我们填补了这一空白，引入OpenBTE，一个有效的求解器的稳态声子BTE在多维结构。该工具与第一性原理计算接口，因此无需拟合参数即可解锁热相关属性的计算。作为一个例子，我们采用OpenBTE计算的温度和通量的地图，以及模式分辨，有效的热导率的硅膜具有无限和有限的厚度。通过解锁快速的纳米级热传输模拟，OpenBTE可能有助于加速热能应用的纳米材料设计。
2021-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
