NOEMSejä van der Waalsin heterorakenteilla

Kaksiulotteisten materiaalien kiehtova luonne on, että ne ovat atomikerrosohutkalvoja, jotka voivat toimia nano-elektromekaanisina resonaattoreina (NEMS), joiden ominaistaajuudet ovat yli 100 MHz ja joissa on usein erittäin korkeat laatutekijät alhaisissa lämpötiloissa.

Suurempi kuva

Kun otetaan huomioon optiset vapausasteet, NEMS voidaan laajentaa nano-opto-elektromekaanisiksi järjestelmiksi, jotka tunnetaan nimellä NOEMS, luokka kiinteitä hybridilaitteita, jotka on suunniteltu yhdistämään optisia, sähköisiä ja mekaanisia vapausasteita nanomittakaavassa.

Tähän mennessä NOEMS-tutkimukset van der Waalsin (vdW) heterorakenteilla ovat kuitenkin olleet hyvin rajallisia, vaikka vdW-materiaalit tunnetaan esiin tulevista ilmiöistä, kuten spin, laakso ja topologinen fysiikka. Siten se auttaa rakentamaan moderneja antureita tutkimalla monia uusia ominaisuuksia sekä klassisissa että kvanttijärjestelmissä.

Yksi vdW-materiaaleihin perustuvien NEMS-järjestelmien suurimmista teknisistä haasteista on itse valmistusreitti.

Nyt Shanxi Universityn tutkijat ovat suunnitelleet uudenlaisen menetelmän vdW-heterorakenteen valmistamiseksi arkkitehtuuriksi, joka isännöi opto-sähkö-mekaanisia kytkimiä.

Ideoitu tyypillinen laite voi toimia ultranopealla tavalla lämpösäteilijöinä, jonka emittoidun valon aallonpituus on säädettävissä. Ne voivati toimia myös nanomekaanisina resonaattoreina, joiden resonanssi on luokkaa 0,1 GHz ja laatutekijä saavuttaa arvon 1000 huoneenlämpötilassa.

Periaatteessa ehdotettu monoliittisesti muotoiltu nano-opto-elektromekaaninen vdW-heterorakennejärjestelmä voidaan laajentaa monenlaisiin 2D-materiaaleihin, joten voimme valita ja suunnitella kaikenlaisia vdW-heterorakenteisiin perustuvia NOEMS-järjestelmiä tarpeidemme mukaan.

Voidaan esimerkiksi hyödyntää siirtymämetallidikalkogenideissä tai 2D-magneettisissa materiaaleissa olevia laakso- ja spin-vapausasteita ja rakentaa laitteita, joissa on eksoottisia opto-sähkö-mekaanisia kytkimiä ja ne voidaan myös muokata moniterminaalisiksi NOEMS:ksi. Lisäksi niiden toimintoja voidaan valikoivasti moduloida kuvioimalla 2D-pinot fotonikiteiksi, mikä avaa mahdollisuuksia uudenlaisille NEOMS:ille.

Yhteenvetona tutkijat toteavat, että lähestymistapamme on yritys helpon ja vankan valmistusprotokollan avulla kohti lupaavaa alustaa tutkia monia mielenkiintoisia ominaisuuksia sekä klassisissa että kvanttijärjestelmissä, mikä lupaa nykyaikaisten nanosensorien kuten NOEMS:iin perustuvia lab-on-a-chip -elektroniikkajärjestelmiä.

Aiheesta aiemmin:

Nanoresonaattoreita 3D-tulostuksella

Vakaasti toimiva nanorele