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实现纳米机电系统振动模式的电学相干调控

2020-05-14

随着半导体技术的快速发展,微米机电系统(Micro-Electro-Mechanical System)的尺寸越来越小,进入了纳米机电系统(Nano-Electro-Mechanical System)的领域。纳米机电系统具有自身质量轻,谐振频率高,对外界环境敏感等特点,在灵敏探测、力学传感、可穿戴设备等领域有广阔的应用前景,成为了半导体研究的一个热点方向。纳米机电系统的力学振动响应可以等效为声子模式。近年来,人们提出可以类比电子、光子,利用这种声子模式实现力学开关、力学逻辑门等器件,进行信息的处理。其中,实现对纳米机电系统振动模式的调控尤为重要。

基于上述背景,中国科大郭国平教授研究团队与美国加州大学默塞德分校田琳教授合作,利用石墨烯优异的电学和力学性质,设计制备了包含三个串联耦合的石墨烯纳米机械振子的纳米机电系统。通过微波驱动,实现了两端振子振动模式之间能量的相干传递。进一步,利用中间振子作为力学开关,可以电学调控两端振子振动的模式耦合强度、相干振荡速度,实现了对纳米机电系统振动模式的电学相干调控。器件协同系数达到10^7,比国际上已报道的结果高出数个量级。研究表明能量可以相位相干地在非近邻机械振子之间传递,其相干传递过程可以被电学调控。这一结果为设计基于纳米机电系统的信息处理器件,特别是利用振动模式相位信息编码的逻辑器件,提供了新思路。

悬浮石墨烯纳米机电系统器件及电学可调的相干Rabi振荡和Ramsey干涉

相关研究成果于2020年3月2日以“Coherent phonon dynamics in spatially separated graphene mechanical resonators”为题发表在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America上。张拙之博士后为论文第一作者。

(来源:《半导体学报》微信公众号

 

 



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