中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用懸浮在溝槽上的石墨烯納米棒，通過(guò)單電子晶體管發(fā)現(xiàn)了納米機(jī)械運(yùn)動(dòng)與電導(dǎo)之間的聯(lián)系。該納米機(jī)電系統(tǒng)（NEMS）利用溝槽底部的金門控觸點(diǎn)，用于激活或觸發(fā)納米棒并探索其能量景觀。

    《納米級(jí)》（Nanoscale）刊發(fā)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的郭國(guó)平研究團(tuán)隊(duì)將石墨烯納米機(jī)械運(yùn)動(dòng)耦合到單電子晶體管及其應(yīng)用試驗(yàn)的相關(guān)研究成果。該論文題為“Coupling graphene nanomechanical motion to a single-electrontransistor”。

    由二維（2D）材料制成的NEMS設(shè)備正在迅速成為研究界的重點(diǎn)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，它們是將納米級(jí)電氣和機(jī)械現(xiàn)象結(jié)合在一起的設(shè)備。潛在的能力幾乎是無(wú)止境的，石墨烯是一個(gè)主要的候選，因?yàn)樗哂械诙叩臈钍夏Ａ俊４送猓┑墓逃袕?qiáng)度是鋼的五倍，同時(shí)是密度的一部分。

    石墨烯帶的小寬度意味著可用于電子傳導(dǎo)的狀態(tài)數(shù)量減少，因此當(dāng)在其端部之間施加電壓時(shí)，它起到量子點(diǎn)的作用。通常，量子點(diǎn)在電流——電壓測(cè)量中顯示出尖銳的峰值和谷值，這對(duì)應(yīng)于電子的入射和流出。一個(gè)電子進(jìn)入點(diǎn)，表現(xiàn)出一個(gè)高峰，并且必須在另一個(gè)之前退出，換句話說(shuō)，它是一個(gè)一進(jìn)一出的排列。這很重要，因?yàn)檫@意味著色帶可用于檢測(cè)單個(gè)電子對(duì)系統(tǒng)的影響。

    施加到溝槽底部的柵極接觸的電壓導(dǎo)致由于靜電相互作用而作用在帶上的力。電壓的大小以及因此形成力來(lái)控制色帶的張力，機(jī)械振蕩頻率和電化學(xué)電位。

    郭國(guó)平和他的團(tuán)隊(duì)通過(guò)絲帶測(cè)量電流時(shí)，有了一些非常顯著的發(fā)現(xiàn)。當(dāng)調(diào)節(jié)施加到色帶端部的交流柵極電壓的頻率時(shí)，它們跟蹤諧振機(jī)械振蕩頻率，并將其與通過(guò)色帶的電流進(jìn)行比較。令人難以置信的是，他們發(fā)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)與單個(gè)電子進(jìn)出帶的流動(dòng)耦合。

    通過(guò)在較高功率下驅(qū)動(dòng)色帶，系統(tǒng)進(jìn)入非線性狀態(tài)，對(duì)于較高靈敏度下的質(zhì)量感測(cè)是有用的，它們的計(jì)算揭示了一些令人驚訝的數(shù)字，質(zhì)量和力靈敏度分別為10-21 g和10-19 N Hz-0.5。從這個(gè)角度看，血紅蛋白和其他典型的蛋白質(zhì)在這個(gè)規(guī)模上有質(zhì)量。

    這些器件的獨(dú)特應(yīng)用可以提供一種將諧振器的機(jī)械模式冷卻到基態(tài)的可靠方法以及超高的力/質(zhì)量傳感器。它們還提供了探索超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)解決方案的納米級(jí)現(xiàn)象的途徑，可以揭示一系列領(lǐng)域的問(wèn)題。

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責(zé)任編輯：龐雪潔

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