Temperature Dependence of Joule heating in Zigzag Graphene Nanoribbon
利用全带电子和声子色散关系，研究了锯齿形石墨烯纳米带在强场作用下焦耳热的温度依赖性。在300 K、600 K和900 K的不同温度下，焦耳加热总是随时间线性增加或功率为常数。虽然900 K和600 K的散射率分别是300 K的113倍和55倍，但焦耳加热功率仅是300 K的12.6倍和6.7倍。
2014-09-02 cond-mat.mes-hall
Strong Substrate Dependence of Joule Heating in Graphene
采用全带Monte Carlo电子动力学和三维热传导自洽模拟方法研究了焦耳热效应对石墨烯电子性质的影响。一些技术上重要的基板材料进行检查：SiO2，SiC，六方BN，和金刚石。结果表明，衬底的选择有主要的影响，通过热传导和表面极性声子散射。特别地，发现SiO2的不良导热性导致石墨烯中显著的焦耳加热和饱和速度退化（其特征在于所谓的1/ \surd n衰减）。考虑到整体特性，BN似乎与电子应用中石墨烯的其他基底选择相比是有利的。
2011-10-28 cond-mat.mes-hall
Self heating and nonlinear current-voltage characteristics in bilayer graphene
我们通过实验和数值模拟证明，在有限的偏压下，扩散双层石墨烯（BLG）的低温电流-电压特性表现出很强的超线性。超线性弱依赖于掺杂和石墨烯样品的长度。这种效应可以理解为焦耳加热的结果。它在BLG中比在单层石墨烯（MLG）中更强，因为BLG的电导率由于在狄拉克点处的更高的电子态密度而对温度更敏感。
2011-02-03 cond-mat.mes-hall
Reversible mechanical and electrical properties of ripped graphene
我们研究了柔性弹性体衬底上拉伸的石墨烯器件的机械性能。使用原子力显微镜，运输测量和力学模拟，我们表明，在拉伸应变的初始应用过程中，在石墨烯中形成微裂缝;然而，随后应用相同的拉伸应变弹性地打开和关闭现有的裂缝。相应地，虽然初始拉伸应变降低了器件的传输特性，但随后的应变松弛循环仅适度地影响传输，并且以很大程度上可逆的方式，即使在部分机械故障之后也产生稳健的电传输。
2014-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon-pump XUV-photoemission-probe in graphene: evidence for non-adiabatic heating of Dirac carriers by lattice deformation
我们调制的原子结构的双层石墨烯通过驱动其晶格在共振与面内E1 u晶格振动在6.3 μ m。使用时间和角度分辨光电子能谱（tr-ARPES）与极紫外（XUV）脉冲，我们测量的狄拉克电子附近的K点的响应。我们观察到，晶格调制导致异常的载流子动力学，与狄拉克电子达到较低的峰值温度和更快的速率相比，当激发远离声子共振或在单层样品中施加放松。冻结声子计算预测戏剧性的能带结构的变化时，E1 u振动的驱动，我们用来解释在实验中观察到的异常动力学。
2014-11-14 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
Mechanical Properties of Graphene Papers
石墨烯基纸张由于其优异的性能而引起了人们的特别兴趣，其关键是它们具有类似于骨、牙齿和珍珠层等生物材料的逐层分级结构，结合了层内强sp2键和层间交联以实现有效的负载转移。在这里，我们首先通过第一性原理计算研究各种层间和层内交联的力学性能，然后对石墨烯基纸张的整体力学性能进行连续介质模型分析。我们发现存在一个特征长度尺度l_{0}，定义为\Sqrt{Dh_{0}/4G}，其中D是石墨烯片的刚度，h_{0}和G分别是层间交联的高度和剪切模量。当石墨烯片的尺寸超过3 l_{0}时，广泛用于纳米复合材料的拉伸-剪切（TS）链模型不能预测石墨烯基纸的总体机械性能。相反，我们在这里提出了一个可变形的拉伸-剪切（拉伸-剪切）模型，通过考虑石墨烯片的弹性形变，以及层间和层内交联。然后将该模型应用于石墨烯基纸材料在拉伸载荷下的力学预测。根据所得结果，为设计具有高刚度、高强度和高韧性的石墨烯纸提供了优化设计策略。
2011-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical control of quantum transport in graphene
本研究开发了低温悬浮石墨烯晶体管实验平台，通过机械诱导标量势和矢势，实现了对石墨烯量子输运、功函数及量子干涉的精确机械控制。
2023-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring Drug Mobility by Photothermal Heating of Graphene Plasmons
我们提出了一种理论方法来定量确定光热驱动的增强红外激光照射下的石墨烯-吲哚美辛混合物的分子流动性。石墨烯等离子体吸收入射的电磁能量并将其消散为热量。吸收的能量取决于石墨烯等离子体的光学性质，这是敏感的结构参数，和浓度的等离子体纳米结构。利用理论模型，计算了不同浓度石墨烯等离子体激元作用下，药物本体的温度梯度。从这些，我们确定的结构分子松弛和扩散的吲哚美辛的温度依赖性，并找到如何加热过程显着提高药物的流动性。
2021-12-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Hidden area and mechanical nonlinearities in freestanding graphene
我们研究了平面外起皱对石墨烯膜力学响应的影响。在我们的实验中，使用加压气体对石墨烯膜施加应力，同时通过两种互补技术监测应变状态：干涉轮廓术和拉曼光谱。通过比较这两种方法得到的数据，我们确定了量化皱曲强度的几何隐藏区域。而隐藏区域$\sim0~\%$的设备遵守线性力学与双轴刚度$428\pm10$ N/m，标本与隐藏区域的范围内$0.5-1.0~\%$被发现遵守一个反常的胡克定律与指数$\sim0.1$。
2017-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An analytic investigation for the edge effect on mechanical properties of graphene nanoribbons
我们推导出解析表达式的杨氏模量和泊松比的石墨烯nanorigins，其中自由边缘被扭曲的压缩边缘应力。我们的分析公式明确地说明了弯曲的自由边缘的杨氏模量的减少，导致明显的宽度依赖性的石墨烯纳米管的杨氏模量。泊松比也被弯曲的自由边缘减小，并且在具有超窄宽度的石墨烯纳米颗粒中可以实现负泊松比。这些结果与以前的理论工作是可比的。
2018-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of Mid-infrared Graphene Plasmons on Photothermal Heating
我们从理论上研究了石墨烯基体系在中红外激光照射下的等离子体激元加热，其中石墨烯等离子体激元谐振器的周期性阵列放置在介电薄膜上。光学共振对结构参数和石墨烯层的数量敏感。在中红外激光辐照下，计算了稳态温度梯度。我们发现，石墨烯等离子体激元显着增强了系统中的电磁场的约束，并导致一个大的温度上升相比，没有石墨烯的情况下。讨论了系统中温度变化与光功率、光斑大小和介质层导热系数的关系。数值结果与实验结果相一致。
2019-12-17 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Self-heating effects and switching dynamics in graphene multiterminal Josephson junctions
本文实验研究三端石墨烯约瑟夫森结，揭示自热效应对多端约瑟夫森结行为的显著影响，并通过改进模拟方法和测量开关电流分布，阐明低温下相位扩散主导的开关动力学及自热导致的过阻尼I-V特性。
2024-10-20 cond-mat.mes-hall
Charging of graphene by magnetic field and mechanical effect of magnetic oscillations
我们讨论了石墨烯基器件的量子电容导致其电荷密度在外部磁场变化下发生变化，电荷守恒，但重新分布到衬底或其他石墨烯片上。推导了理想石墨烯在强磁场中电荷重分布的精确解析表达式。当我们考虑杂质和温度时，影响减小，公式简化为标准的量子电容表达式。强调了量子电容在势场Casimir力实验中的重要性，提出了原子力显微镜技术在态密度测量中的应用。
2013-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical Separation of Mechanical Strain from Charge Doping in Graphene
石墨烯，由于其优异的拉伸性，表现出丰富的结构变形行为，其应变工程已被证明是有用的，在修改其电子和磁性。尽管拉曼G和2D模式的应变敏感性，在二氧化硅衬底上的石墨烯中的原生应变的光学表征已经被干扰两种模式的过量电荷所阻碍。在这里，我们表明，应变和电荷的影响，可以在光学上相互分离的两种模式的相关分析，使两者的简单量化。具有在-0.2%至0.4%之间随机发生的面内应变的石墨烯在热处理时经历适度压缩（-0.3%）和显著的空穴掺杂。这项研究表明，基板介导的机械应变是一个普遍存在的现象，在二维材料。所提出的分析将在表征石墨烯基材料和器件方面有很大的用处。
2012-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Generation of photovoltage in graphene on a femtosecond time scale through efficient carrier heating
石墨烯是一种很有前途的超快和宽带光电探测材料。早期的研究解决了基于石墨烯的光热电器件的一般操作，以及皮秒量级的开关速度，其受到载流子冷却时间的限制。然而，光电压的产生可以以快得多的时间尺度发生，因为它与载流子加热时间相关联。在这里，我们测量光电压产生时间，发现它快于50飞秒。作为这种超快光电探测器的原理证明应用，我们使用石墨烯直接测量，电气，亚50飞秒激光脉冲的脉冲持续时间。载流子加热是超快的观察表明，来自吸收光子的能量可以有效地转移到载流子热。为了研究这一点，我们检查了光谱响应，并发现在500和1500 nm之间的恒定光谱响应度。这与有效的电子加热是一致的。这些结果是有希望的超快飞秒和宽带光电探测器的应用。
2015-04-24 cond-mat.mes-hall
Mechanical properties of graphene oxide: the impact of functional groups
本文采用分子动力学模拟对石墨烯替代材料氧化石墨烯（GO）的力学特性进行了系统的研究。为此目的，考虑具有不同浓度的环氧化物和羟基官能团的几种GO样品。结果表明，增加环氧化物覆盖率导致GO系统的机械特性的显著劣化。这种变化与增加环氧化物覆盖率时结构中波纹形成的增加相关。此外，调查系统中的键长，可以得出结论，较高的环氧化物百分比导致单共振键和混合共振键的长度增加，从而导致GO样品的机械性能的整体劣化。此外，我们的研究结果表明，高浓度的官能团可以导致负泊松比。增加羟基的量显示出对杨氏模量的相同的下降效果。在同时含有环氧基和羟基的石墨烯体系中，可以推断，较高百分比的前者可以导致较高的残余应变，因为在体系内形成更多的波纹。
2020-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Effect of Mechanical Strain on Lithium Staging in Graphene
石墨嵌锂是锂离子电池的基础，石墨电极嵌锂的热力学研究一直是热点。块状石墨中的嵌入锂经历称为分级的结构有序化，以使晶格内的静电排斥最小化。虽然这个过程对于块状石墨是很好理解的，但是在纳米级上，限制效应变得很重要，这可以显著影响纳米结构电极的电化学。因此，石墨烯提供了一个模型平台，研究嵌入动力学在纳米级的芯片上的设备制造和电化学嵌入与原位表征相结合。我们表明，微尺度的机械应变显着影响有序锂相在石墨烯中的形成。原位拉曼光谱的石墨烯微片机械约束在锂嵌入过程中的边缘揭示了厚度依赖性增加高达1.26 V的电化学电位，诱导锂分期。虽然诱导的机械应变能随着石墨烯厚度增加到四次方，但与观察到的电化学能的增加相比，其幅度很小。我们推测，机械应变能增加了锂阶段的成核势垒，大大延迟了有序锂相的形成。我们的研究结果表明，电极组件可以严重影响锂分级动力学的循环速率和发电电池的重要。我们展示了应变工程在二维纳米材料作为一种方法来操纵相变和化学反应。
2020-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing Intrinsic Elastic Properties of Multilayer Graphene -- a New Mechanical Constant
Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院）；Department of Physics, Pukyong National University（釜山国立大学物理系）；Center for Theoretical Physics of Complex Systems, Institute for Basic Science（基础科学研究院复杂系统理论物理中心）
本文通过原位鼓胀试验和理论模型研究多层石墨烯的本征弹性特性，提出新的机械模量以更准确描述其机械行为。
2025-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Adsorption by design: tuning atom-graphene van der Waals interactions via mechanical strain
我们的目标是了解中性吸附原子和石墨烯层之间的范德华力是如何通过单轴应变和电子相关效应进行修改的。详细分析了三个原子（He，H和Na）和石墨烯应变范围从弱到中等强度。我们表明，范德华势可以显着增强应变，目前我们的结果的应用程序的原子从石墨烯的弹性散射的问题。特别是，我们发现，量子反射可以显着抑制应变，这意味着表面附近的耗散非弹性效应变得越来越重要。此外，我们介绍了一种方法来独立估计的Lennard-Jones参数中使用的有效模型，他与石墨烯相互作用，并确定它们如何依赖于应变。在短距离下，我们发现应变倾向于通过将吸附势最小值的位置推到变形石墨烯片上方的更高距离来降低相互作用强度。这开辟了令人兴奋的机械工程的吸附势的可能性，与各向异性低维超流相的形成和观察的影响。
2016-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of Ultrahigh Stiffness of Defective Graphene from Atomistic Point of View
在低维材料中，宏观固体中点缺陷影响下的机械刚度退化的众所周知的效应可以有争议地逆转。使用原子模拟，我们在这里表明，单层石墨烯薄膜可以充分硬化的单空位缺陷在一个微小的浓度。我们的结果与最近的实验数据吻合良好，并表明机械刚度增加的效果主要来自于特定的键分布在周围的单空位缺陷区域。我们表明，这种不寻常的机械响应是存在特定单空位的特征，而其他类型的点缺陷，如双空位，555-777和Stone-Wales缺陷，导致石墨烯机械刚度的普通退化。
2015-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing the mechanical properties of graphene using a corrugated elastic substrate
石墨烯优异的机械性能使其在纳米机械器件和功能复合材料方面具有吸引力。石墨烯机械行为的两个关键方面是其弹性和粘合性能。这些通常在单独的实验中确定，并且此外通常难以提取用于粘附的参数。此外，石墨烯和其他弹性材料之间的机械相互作用尚未得到很好的研究。在这里，我们展示了一种技术，用于研究的弹性和粘合性能的几层石墨烯（FLG），将其放置在可变形的，微波纹基板。通过测量复合石墨烯-基底结构的变形，并开发相关的线性弹性理论，我们能够提取有关石墨烯的弯曲刚度、粘附力、层间滑动的临界应力和样品依赖性张力的信息。这些结果与石墨烯基机械和电子器件以及石墨烯在复合材料、柔性材料和应变工程材料中的应用有关。
2010-06-15 cond-mat.mes-hall
Elastic Spin Hall effect in Mechanical Graphene
我们证明了在由质量和弹簧组成的二维蜂窝晶格的经典力学系统中，可以存在自旋轨道相互作用和弹性自旋霍尔效应。能带结构表明，在K点处存在由纵向和横向弹性常数不同引起的分裂，这种分裂可以看作是一种有效的Dresselhaus型自旋轨道耦合。有趣的是，当施加一个远离平衡的初始位移时，时间演化模拟表明，不同自旋极化的波在Gamma点和K点沿不同方向传播，这是自旋-霍尔效应的特征。文中还讨论了自旋霍尔效应的几种情况。
2016-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical properties of freely suspended semiconducting graphene-like layers based on MoS2
我们制作自由悬浮的二硫化钼纳米片，其特征在于通过定量光学显微镜和高分辨率摩擦力显微镜。我们使用原子力显微镜研究了自由悬浮的二硫化钼纳米片的弹性形变。纳米片的杨氏模量和初始预张力通过进行弯曲测试实验的纳米级版本来确定。MoS2片材显示出高弹性和极高的杨氏模量（0.30 TPa，比钢大50%）。这些结果使它们在需要柔性半导体材料的应用中成为石墨烯的潜在替代品。
2012-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Mechanical Manipulation of Graphene Auto-Kirigami with an AFM tip
提出一种基于AFM的压痕与硬敲击方法，实现石墨烯自折纸带的成核、操控和动态成像，适用于常规AFM，有望用于NEMS器件。
2026-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
In-situ reduction by Joule heating and measurement of electrical conductivity of graphene oxide in a transmission electron microscope
使用原位透射电子显微镜（TEM）通过焦耳加热还原氧化石墨烯（GO）。该方法允许同时研究的GO导电性的电气测量和其组成和结构特性，在整个还原过程中，通过TEM，电子衍射和电子能量损失谱。在低施加电流下观察到的GO性质的小变化归因于扩散过程的促进。实际的还原过程从施加的功率密度约2 × 1014 Wm-3开始，并以高度均匀和局部化的方式发生。电导率增加超过4个数量级，达到3 103 Sm-1的值，最终O含量小于1%。我们讨论了热退火和焦耳加热还原之间的差异。
2021-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Mechanical Control of Graphene on Engineered Pyramidal Strain Arrays
应变可以调节石墨烯中期望的电子行为，但是在控制石墨烯器件中的应变方面进展有限。在本文中，我们研究了石墨烯在具有介观金字塔阵列图案的基底上的力学响应。使用原子力显微镜，我们证明，石墨烯的形态可以控制从共形悬浮取决于金字塔的排列和阵列的纵横比。拉曼光谱揭示了悬挂在金字塔上的石墨烯中的不均匀应变，并得到原子模型的支持，这也表明石墨烯中存在强的伪磁场。我们的研究结果表明，将介观金字塔的石墨烯设备是一个可行的路线，以实现应变工程的石墨烯。
2015-07-06 cond-mat.mes-hall
Role of defects and geometry in the strength of polycrystalline graphene
固体中的缺陷通常限制材料的机械性能。然而，最近的测量报告说，石墨烯的非常高的强度几乎保留了晶界的存在。我们澄清在这项工作中，晶格缺陷的晶界和扭曲的几何形状，从而诱导定义的机械性能，其特征在于在特定的加载条件下。原子模拟和理论分析表明，拉伸试验测量面内强度，这是由缺陷引起的应力积累，而纳米压痕探针的压头尖端下的局部强度，并承担额外的几何效应从翘曲。这些发现阐明了石墨烯在实际载荷条件下的失效机制，并评估了上述技术在量化石墨烯强度方面的可行性，并表明低维材料的机械性能可以通过植入缺陷和它们导致的几何变形来调节。
2014-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene Design with Parallel Cracks: Abnormal Crack Coalescence and Its Impact on Mechanical Properties
Korea Advanced Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Universidade Estadual de Campinas（坎皮纳斯州立大学）
本研究通过分子动力学模拟探讨了石墨烯中平行裂纹的相互作用及其对机械性能的影响，发现裂纹合并会降低结构强度，而增大裂纹间距可促进断裂行为从脆性向韧性转变。
2025-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Negative nonlinear damping of a graphene mechanical resonator
我们实验研究了多层石墨烯谐振器的非线性响应，使用超导微波腔来检测其运动。辐射压力用于驱动光机械诱导透明配置中的机械谐振器。通过改变驱动音和探测音的振幅，可以使机械谐振器进入非线性极限。利用光机械耦合的标定，我们量化了机械Duffing非线性。通过增加驱动力，我们观察到在大振幅的机械耗散率的下降，这表明在石墨烯谐振器中的负非线性阻尼机制。增加的光学机械反作用，我们观察到一个非线性政权不描述的Duffing响应，包括新的不稳定性的机械响应。
2015-08-18 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
Tailoring mechanically-tunable strain fields in graphene
有许多基于石墨烯和其他二维材料的应变工程的理论建议，然而，这些系统中应变场的纯机械控制仍然是一个重大挑战。这两种方法大多使用到目前为止，要么耦合的电气和机械性能的系统，同时或引入一些不必要的干扰，由于基板。在这里，我们报告硅微机械梳状驱动致动器可控和可重复地诱导应变在一个悬浮的石墨烯片，在一个完全机械的方式。我们使用空间分辨共焦拉曼光谱来量化诱导的应变，我们表明，不同的应变场可以通过工程的夹紧几何形状，包括高达1.4%/ $μ$ m的可调应变梯度。我们的方法还允许多轴应变，并且同样适用于其他二维材料，为研究其机械和机电性能打开了大门。我们的测量还清楚地识别出石墨烯片边缘的缺陷，这些缺陷是导致其机械故障的弱点。
2017-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strain engineering on graphene towards tunable and reversible hydrogenation
石墨烯具有二维几何结构和独特的结构-性能关系，是分子传感和储氢应用的极端材料。在这封信中，石墨烯的氢化在机械变形和电子构型之间的相互耦合的程度上进行了讨论。我们的第一性原理计算表明，氢化和外加应变显著改变了石墨烯的原子结构、结合能、力学和电子性质.在10%的面内应变下，氢原子在石墨烯上的结合能在对称相和反对称相分别提高了53.89%和23.56%。此外，对称束缚的氢原子在压缩下的不稳定性表明了氢的可逆存储方法。在反对称相中，氢的结合破坏了石墨烯的sp2特性，这可以在拉伸应变下部分恢复。基于电荷密度的分析揭示了下划线机制。这里报道的结果提供了一种方法，不仅可以以可控和可逆的方式调节氢在石墨烯上的结合，而且还可以通过机械负载和氢掺杂的协同控制来设计石墨烯的性质。
2009-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A molecular dynamics investigation of the mechanical properties of graphene nanochain
在本文中，我们研究，通过分子动力学模拟，一种新的碳纳米结构，称为石墨烯纳米链，通过缝合原始或扭曲的石墨烯纳米带（GNRs）和联锁所获得的纳米环构建的机械性能。得到的无缺陷纳米链的拉伸强度略低于原始GNRs，断裂点早于GNRs。分析了组成GNRs的长度、宽度和扭转角对力学性能的影响。此外，缺陷效应进行了研究，并在一些高缺陷覆盖率的情况下，观察到一个有趣的机械强化的行为。这种结构支持长缆制造的概念，并且可以通过将纳米链与其他纳米复合材料集成来实现新材料设计。用于构建纳米链的技术在实验上是可行的，其灵感来自于具有复杂结构的GNR的原子精确制造的最近演示[Phys. Rev. Lett，2009，\textbf{102}，205501; Nano Lett.，2010，\textbf{10}，4328; Nature，2010，\textbf{466}，470]
2012-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Programmable Mechanical Resonances in MEMS by Localized Joule Heating of Phase Change Materials
报道了一种基于VO 2薄膜的可编程微机械谐振器。多个机械本征频率状态的编程使用焦耳加热作为本地电源，逐渐驱动相变的VO 2周围的金属-绝缘体转变温度。畴的相共存用于通过局部控制内应力和机械性能来调整器件的刚度。这项研究为开发机械可配置的纳米结构阵列开辟了前景。
2017-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Phonon excitation and instabilities in biased graphene nanoconstrictions
我们计算了高电流密度下石墨烯纳米收缩（GNC）中的声子。焦耳加热，电流诱导的力量，和耦合到电极声子进行评估，使用第一性原理非平衡DFT-NEGF计算。在电子结构的共振附近，我们观察到一个强烈的非线性加热偏置和击穿的谐波近似。这种行为是由电流驱动的负阻尼声子引起的。这种效应可能限制石墨烯纳米收缩体承载高电流的稳定性和能力。
2013-05-25 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
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
Quantum Filtering of Hydrogen Isotopes through Graphene
本研究提出利用石墨烯层进行量子过滤，实现高效且经济可行的氢同位素分离，通过计算隧穿和粘附概率，证明该方法可有效富集氘。
2025-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
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
Graphene mechanical oscillators with tunable frequency
振荡器从直流电源产生连续的周期信号，是现代通信系统的核心，具有多种应用，如定时参考和频率调制器。然而，常规振荡器通常由宏观机械谐振器（诸如石英晶体）组成，其需要过多的片外空间。在这里，我们报告的振荡器建立在微米大小，原子薄的石墨烯纳米机械谐振器，其频率可以静电调谐多达14%。振荡器的自持机械运动在室温下通过简单的电路产生和转换。原型石墨烯压控振荡器表现出足够用于调制射频载波信号的频率稳定性和调制带宽。作为示范，我们采用石墨烯振荡器作为频率调制信号产生的有源元件，并实现高效的音频信号传输。
2016-12-13 cond-mat.mes-hall
Nonresonant high frequency excitation of mechanical vibrations in graphene based nanoresonator
我们从理论上分析了悬浮石墨烯膜的动力学，该石墨烯膜与接地金属电极隧道接触，并受到由栅电极引起的交流静电势。结果表明，对于这种系统，当驱动频率超过电荷弛豫时间的倒数时，电子子系统中的延迟效应对相对较慢的机械振动产生有效的抽运。在这种情况下，存在驱动电压振幅的临界值，高于该临界值，泵浦克服机械谐振器的固有阻尼，导致机械不稳定性。这种非共振不稳定性是饱和的非线性阻尼和系统表现出相对较大的振幅的自持振荡。
2014-10-10 cond-mat.mes-hall
Mechanical and Structural Properties of Graphene-like Carbon Nitride Sheets
氮化碳基纳米结构由于其优异的机电性能而引起了理论和实验的广泛关注。在这项工作中，我们研究了一些石墨烯类氮化碳膜的机械性能，通过完全原子反应分子动力学模拟。我们分析了这些CN家族的三种不同结构，即所谓的石墨烯基g-CN、三嗪基g-C3 N4和七嗪基g-C3 N4。在10 K、300 K和600 K三种温度下，研究了这些膜在两个主轴方向上的拉伸动力学。我们发现，g-CN膜具有最低的极限断裂应变值，其次是庚嗪基和三嗪基的，分别。这种行为可以用它们在密度值、拓扑结构和化学键类型方面的差异来解释。还讨论了拉伸方向上的断裂模式的依赖性。
2016-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Mechanically transferred large-area Ga$_2$O$_3$ passivates graphene and suppresses interfacial phonon scattering
我们证明了一个大面积的石墨烯钝化层的机械转移的非晶Ga $_2$ O $_3$合成液体Ga金属。在SiO $_2$/Si上的毫米级钝化和裸石墨烯的温度依赖性电测量的比较表明，钝化的石墨烯保持其应用所期望的高场效应迁移率。令人惊讶的是，在低于220 K的温度范围内，钝化石墨烯中的温度依赖性电阻率降低，这是由于高介电常数Ga $_2$ O $_3$对SiO $_2$的表面光学声子模式的屏蔽和Ga $_2$ O $_3$的相对高的特征声子频率的相互作用。拉曼光谱和电学测量表明Ga $_2$ O $_3$钝化还保护石墨烯免于进一步处理，例如Al $_2$ O $_3$的等离子体增强原子层沉积。
2022-06-06 cond-mat.mes-hall
Mechanically-tunable bandgap closing in 2D graphene phononic crystals
我们提出了一种可调声子晶体，它经历了从机械绝缘到机械透射（金属）的相变。具体而言，在我们的模拟的声子晶格双轴张力（$σ_{xx} =σ_{yy}$ = 0.01 N $/$ m），我们发现一个带隙的面外声子的范围为48.8 - 56.4 MHz，我们可以关闭增加张力单轴度（$σ_{xx} / σ_{yy}$）到1.7。为了操纵张力分布，我们设计了一个有限尺寸的现实设备，其中$σ_{xx} / σ_{yy}$通过向由悬浮石墨烯制成的声子晶体施加栅极电压来调谐。我们表明，相变可以通过声传输测量探测，声子带隙持续存在，即使在夹杂物表面污染物和随机张力变化存在于现实的设备。所提出的系统作为一个晶体管的声子与开/关比为$10^5$（100 dB抑制），因此是一个有价值的扩展声子逻辑应用。此外，这种对金属-绝缘体转变（mMIT）的机械模拟允许机械实体（例如机械量子位）之间的可调谐耦合。
2023-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
STM observation of a box-shaped graphene nanostructure appeared after mechanical cleavage of pyrolytic graphite
描述了通过高度取向的热解石墨（HOPG）的机械裂解形成/未覆盖的三维盒形石墨烯（BSG）纳米结构。所发现的纳米结构是沿着表面定位的平行中空通道的多层系统，并且具有四边形横截面。通道壁/刻面的厚度约等于lnm。沟道面的典型宽度为约25 nm，沟道长度为390 nm或更长。通过扫描隧道显微镜（STM）对所发现的纳米结构的研究使我们得出结论，通过机械压缩，弯曲，分裂和移动石墨表面层，可以使石墨烯的空间结构与所发现的结构相似。这种结构的显著特征如下：制备方法简单，石墨烯平面和基底之间的接触面积小，表面积大，通道的纳米横截面尺寸，大纵横比。潜在的应用领域包括：超灵敏检测器、高性能催化电池、用于DNA操作的纳米通道、纳米机械谐振器、电子倍增通道、用于储氢的高容量吸附剂。
2016-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Curved graphene: a possible answer to the problem of graphene's diverging magnetic susceptibility
本研究通过狄拉克模型和紧束缚模型证明，机械形变解决了石墨烯低温抗磁发散问题，并发现伪dHvA效应及负曲率下的顺磁性。
2024-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci gr-qc
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
Imaging mechanical vibrations in suspended graphene sheets
我们进行了纳米机电系统的基础上，多层石墨烯片悬浮在氧化硅的沟槽测量。使用施加的射频电压在共振下静电驱动悬浮片的运动。使用一种新形式的扫描探针显微镜，它允许识别和空间成像的机械本征模式的形状检测的机械振动。在多达一半的谐振器测量，我们观察到一类新的异国情调的纳米级振动本征模式没有预测的弹性梁理论，振动的振幅是最大的自由边缘。通过模拟的悬浮片与有限元方法，这些边缘本征模式被证明是非均匀应力的结果，具有显着的大幅度（高达1.5 GPa）。这种不均匀的应力，这是由于石墨烯是通过将块状石墨压在另一个表面上或摩擦而制备的，在未来对石墨烯的电子和机械性能的研究中应该考虑到这一点。
2008-05-22 cond-mat.mes-hall
Giant Enhancement of Phonon Electron Coupling in Graphene under Femtosecond Laser Heating at Room Temperature
该研究理论分析飞秒激光激发石墨烯的非平衡热动力学，通过声子支分辨的电子-声子耦合揭示超快能量传递及经典TTM的偏差。
2025-06-08 cond-mat.mes-hall
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
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
