Ontwikkeling van glijdende nanomechanische resonatoren

Fysica van het omkeerbare glijden. Credit: Natuurcommunicatie (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-34144-5

In een recente studie gepubliceerd in Natuurcommunicatieontwikkelde een onderzoeksteam onder leiding van prof. Guo Guangcan van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC) van de Chinese Academie van Wetenschappen nanomechanische resonatoren op basis van een grafeensubstraat en maakte nanoresonatoren verschuifbaar over klempunten.

Klemcondities bepalen de beweging van een trillend object. Dit principe inspireerde niet alleen de uitvinding van muziekinstrumenten, maar ook de creatie van verschillende soorten mechanische resonatoren op nanoschaal. Onder hen zijn de nanomechanische resonatoren, met voordelen van licht gewicht, hoge frequentie en afstembaarheid, meestal bevestigd aan een ondersteunend substraat. Het blijft echter een uitdaging om de dynamiek van nanomechanische resonatoren via andere bevestigingsmethoden te moduleren.

In eerder werk ontwikkelde het onderzoeksteam nanomechanische resonatoren door substraat te prefabriceren, elektroden voor te bereiden en een dun membraan van weiniglaags grafeen (FLG) over te brengen. Op de resonatoren kon het grafeen over de ondersteunende elektroden glijden.

Het team ontdekte dat de resonantiefrequentie van het apparaat afhing van de grootte van de aangelegde poortspanning en de manier waarop deze werd toegepast.

Om het nieuwe experimentresultaat te verduidelijken, stelde het onderzoeksteam een ​​glijdend nanomechanisch oscillatormodel voor. Ze ontdekten dat het verhogen van de poortspanning de spanning van grafeen zou bevorderen, wat de resonantiefrequentie zou verhogen. Bovendien verlaagde de quasi-statische trekkracht geproduceerd door een poortspanning de resonantiefrequentie. De competitie tussen de twee mechanismen leidde tot het ontstaan ​​van een frequentielus. De experimentele resultaten werden nauwkeurig gereproduceerd door het onderzoeksteam met behulp van theoretische berekeningen.

Het onderzoeksteam ontdekte dat het gebied van de frequentielus evenredig was met de hoeveelheid energieverlies als gevolg van wrijving tijdens het glijden.

Dit werk biedt nieuwe inzichten in het onderzoeken van wrijving op nanoschaal en opent mogelijkheden voor het realiseren van nieuwe bevestigingsmethoden op nanoschaal.