本文關(guān)鍵詞：基于石墨烯納機電振子的實驗研究　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 石墨烯 納機電機械系統(tǒng) 量子點 二維材料轉(zhuǎn)移 強耦合 同步 可調(diào)長程耦合

【摘要】：石墨烯,自2004年由科學(xué)家Geim和Novoselov發(fā)現(xiàn)以來,迅速吸引了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注與研究興趣。石墨烯具有著非凡出眾的電學(xué)與機械性質(zhì),使其成為一種構(gòu)建納機電系統(tǒng)的理想材料。本文中,我們針對條帶狀少層石墨烯納機電諧振子性能展開研究。本文主要探討了三個方面的問題:一是實現(xiàn)石墨烯機械振子與量子點兩個體系的混合物理結(jié)構(gòu),研究單電子輸運與機械振動模式的強耦合,實現(xiàn)機械模式的直接電學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo);二是在串聯(lián)雙機械振子體系中,探索兩機械振動模式近鄰強耦合以及鎖頻同步現(xiàn)象;三是實現(xiàn)兩個機械振子長程可控調(diào)節(jié)長程耦合,探討該體系作為聲子網(wǎng)絡(luò)總線的可能。具體的,本論文有以下主要內(nèi)容:1.簡單介紹石墨烯納機電系統(tǒng)的基本概念與研究背景,以及本文所涉及到的機械振子、量子點、長程耦合等相關(guān)的物理概念。2.介紹了石墨烯機械振子樣品制備中的微納加工設(shè)備與工藝。細致的論述了二維材料轉(zhuǎn)移平臺與三種轉(zhuǎn)移工藝,并對實驗技巧作了詳細詮釋。簡單敘述了多層抗蝕劑懸浮工藝。3.扼要敘述了石墨烯納米機電諧振子實驗測量方法。主要對機械信號電學(xué)轉(zhuǎn)導(dǎo)的三種測量方案:混頻、耦合微波光子以及直接轉(zhuǎn)導(dǎo)作了詳細說明。4.實驗上制備出基于石墨烯的量子點與機械振子的混合結(jié)構(gòu),分別對量子點與機械振子進行了表征,隨后探討了量子點的單電子隧穿與機械振子振動模式的強耦合,實現(xiàn)振動模式信號與量子點輸運信號的相互探測。將聲子和電子強耦合起來,機械振子成為傳輸量子信息的聲子總線的可能方案。5.對串聯(lián)雙機械振子的兩個振動模式進行了研究,實現(xiàn)兩機械振動模式的近鄰強耦合,并探討了振動模式的同步現(xiàn)象,通過改變驅(qū)動微波的相對相位與功率,觀察到兩個振動模式基于強耦合的鎖頻同步現(xiàn)象。6.實驗上完成三個機械振子串聯(lián)耦合結(jié)構(gòu)構(gòu)造,研究了石墨烯中聲子傳遞過程,通過調(diào)節(jié)中間機械振子的相對頻率實現(xiàn)兩側(cè)機械振子的可調(diào)共振耦合。本論文的主要創(chuàng)新點有:1.在實驗上首次以干法轉(zhuǎn)移的方法獲得懸浮細條帶石墨烯結(jié)構(gòu),并在此結(jié)構(gòu)中獲得性能優(yōu)良穩(wěn)定的石墨烯機械振子。2.在實驗上首次實現(xiàn)了石墨烯機械振子與量子點體系的強耦合,在此石墨烯機械振子體系中首次實現(xiàn)直接電學(xué)轉(zhuǎn)導(dǎo)輸運測量方法。3.通過干法轉(zhuǎn)移的方法,首次實現(xiàn)了石墨烯機械振子之間的強耦合,并首次發(fā)現(xiàn)了石墨烯機械振子振動模式的鎖頻同步現(xiàn)象。4.在實驗上首次實現(xiàn)兩機械振動模式的可調(diào)長程耦合,為構(gòu)建聲子網(wǎng)絡(luò)或聲子總線提供可能。
[Abstract]:Graphene, discovered by scientists Geim and Novoselov in 2004. Graphene has attracted worldwide wide attention and research interest. Graphene has outstanding electrical and mechanical properties, making it an ideal material for building nanoelectromechanical systems. In this paper, we mainly discuss three problems: first, realize the hybrid physical structure of graphene mechanical oscillator and quantum dot system. The strong coupling of single electron transport and mechanical vibration mode is studied to realize direct electrical signal transduction in mechanical mode. The second is to explore the strong coupling between the two mechanical vibration modes and the frequency locking synchronization in the series double mechanical oscillator system. The third is to realize the long-range coupling of two mechanical oscillators, and discuss the possibility that the system can be used as the phonon network bus. The main contents of this thesis are as follows: 1. A brief introduction to the basic concepts and research background of graphene nano-electromechanical system, as well as the mechanical oscillator, quantum dots involved in this paper. Long-range coupling and other related physical concepts .2. introduced the preparation of graphene mechanical vibrator micro-nano processing equipment and technology. The two-dimensional material transfer platform and three transfer processes are discussed in detail. The experimental technique is explained in detail. The suspension technology of multilayer anticorrosive agent .3.The experimental measurement method of graphene nano-electromechanical resonator is briefly described. Three measuring schemes of mechanical signal electrical transduction are introduced. :. Mixing. Coupling microwave photons and direct transduction. 4. The hybrid structures of quantum dots and mechanical oscillators based on graphene have been prepared experimentally and characterized by quantum dots and mechanical oscillators, respectively. Then the strong coupling of single electron tunneling and mechanical oscillator vibration mode of quantum dot is discussed to realize the mutual detection of vibration mode signal and quantum dot transport signal. The phonon and electron are strongly coupled together. The mechanical oscillator becomes the possible scheme of the phonon bus to transmit quantum information. 5. The two vibration modes of the series double mechanical oscillator are studied to realize the strong coupling between the two mechanical vibration modes. The synchronous phenomenon of vibration mode is discussed, and the relative phase and power of driving microwave are changed. Observation of two vibration modes based on strong coupling frequency locking synchronization phenomenon. 6. Three mechanical oscillator series coupling structure was completed experimentally, and the phonon transfer process in graphene was studied. The adjustable resonance coupling of two mechanical oscillators is realized by adjusting the relative frequency of the intermediate mechanical vibrators. The main innovations of this thesis are as follows:. 1. For the first time, the suspended thin strip graphene structure was obtained by dry transfer method. The graphene mechanical oscillator. 2. The strong coupling between the graphene mechanical oscillator and the quantum dot system has been realized for the first time. In this graphene mechanical oscillator system, the measurement method of direct electrical transduction and transport is realized for the first time. 3. The strong coupling between graphene mechanical vibrators is realized for the first time by the method of dry transfer. The frequency locking synchronization phenomenon of graphene mechanical vibrator mode is found for the first time. The adjustable long range coupling of the two mechanical vibration modes is realized for the first time in the experiment, which provides the possibility for the construction of phonon network or phonon bus.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O613.71;TH-39

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本文編號：1367541