聲子晶體（PnCs）因其在耗散工程和聲子傳播操縱方面的巨大潛力而??備受關(guān)注。 值得注意的是，石墨烯優(yōu)異的電氣和機械性能使其成為納米機電諧振器的有前途的材料。 將石墨烯薄片轉(zhuǎn)移到預(yù)先圖案化的周期性機械結(jié)構(gòu)上，可以實現(xiàn)具有片上規(guī)模的 PnC。 在這里，我們通過將石墨烯膜錨定到 9 × 9 的立式納米柱陣列來展示納米機電周期性陣列。 該器件具有準連續(xù)頻譜，諧振模式分布在~120 MHz 至~980 MHz 之間。 此外，這些模式的諧振頻率可以通過改變施加到位于下方的柵電極的電壓進行電調(diào)諧。 模擬表明觀察到的帶狀光譜為 PnC 形成提供了實驗證據(jù)。 我們的架構(gòu)具有很大的制造靈活性，為研究具有電氣可訪問性和可調(diào)性的 PnC 提供了一個有前途的平臺。
圖 1. (a) 基于石墨烯的 NEMPA 設(shè)備和測量設(shè)置的示意圖。 (b) 器件的橫截面示意圖，沿 (c) 中的黑色虛線切割。 源電極和漏電極實現(xiàn)與懸浮石墨烯薄片的電接觸，而柵電極位于下方以進行電調(diào)諧。 實驗中研究的器件的 (c) 頂視圖和 (d) 側(cè)視圖 SEM 圖像。 該器件由一個 9 × 9 的周期性納米柱陣列組成，并在其上轉(zhuǎn)移了選定的石墨烯薄片。 石墨烯膜固定在納米柱上，形成 NEMPA。 白色虛線表示石墨烯薄片的邊緣。
圖 2. (a) 實驗測得的 ΔI
mix 作為不同柵極電壓 Vg 下驅(qū)動頻率 f 的函數(shù)。 在這里，減去背景波動以獲得 ΔI
mix。 (a) 中的白色虛線突出了電可調(diào)準連續(xù)機械模式的拋物線狀形狀。 (b) 中的數(shù)據(jù)集是從 (a) 中提取的（步長為 0.5 V），并且為了清晰起見，它們彼此偏移了 0.2 nA 的恒定值。 (b) 中的灰色虛線標記了典型的共振模式，以顯示它們在改變 V
g 時的演變。
圖 3. (a) 作為 f 和 V
g比圖 2a 大得多的頻率范圍的函數(shù)的測量頻譜 ΔI
mix。 頻譜表現(xiàn)出類帶特征，機械模式廣泛分布于~120 MHz 至~ 980 MHz。 (b-g) 放大 (a) 中帶有相應(yīng)標記的區(qū)域。 準連續(xù)分布模式似乎在 ~ 120 MHz 處結(jié)束，而在其下方觀察到幾個離散的共振峰，如（g）中的白色箭頭所示。
圖 4. (a) 使用考慮周期性邊界條件的無限模型模擬聲子帶結(jié)構(gòu)。 (b) 分別在 Γ、X 和 M 點的選定特征頻率分支（在 (a) 中標記為 (i-iv)）的單位單元的典型模式形狀。 (c) 作為柵極電壓 Vg 的函數(shù)的模擬特征頻率。 (d) 有限模型的示意圖，考慮到邊界的影響。 (e) 計算兩種不同邊界條件下的透射光譜 S
21 并標記為“x-boundary free”（石墨烯薄片在（d）中標記為“x-boundary”的邊緣處自由振動）和“x-boundary fixed”（石墨烯 分別夾在 (d)) 中標記為“x 邊界”的邊緣處。
相關(guān)科研成果由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)Xiang-Xiang Song和 Guo-Ping Guo等人于2021年發(fā)表在Nano Letter（https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c01866）上。原文：Graphene-Based Nanoelectromechanical Periodic Array with Tunable Frequency。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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