俄科學家首次發現光對納米機電系統的不尋常影響品質因數的“凍結”變化

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俄科学家首次发现光对纳米机电系统的不寻常影响品质因数的“冻结”变化

據《俄羅斯科學》網報道,俄羅斯科學院新西伯利亞分院Rzhanova半導體物理研究所和新西伯利亞國立大學的科學家使用了一種納米機械諧振器,該諧振器是一種非常薄(數百納米)的振盪“懸浮”半導體膜。事實證明當暴露在光下時,諧振器的主要特性之一——品質因數發生了變化,並且在關閉光源後未恢復到先前的狀態。該研究成果發表在《應用物理快報》上,併入選其最優秀的文章之一。

納米機電系統(NEMS)使我們能夠研究納米世界中物理量的性質。例如,使用NEMS可以測量單個分子的質量。NEMS的研究和創造是現代物理學趨勢之一。

納米諧振器有其自己的振盪頻率(諧振頻率)。它在外力(例如分子質量)的影響下發生變化,並且可以進行測量。納米諧振器還能夠將振動能量轉換為光信號,或“捕獲”正在研究的介質中新分子的出現,因此可以用作識別極少量物質的傳感器。

“由於暴露在光線下,設備的品質因數發生了變化,這一事實令人驚訝,而且以前沒人見過。納米導體通常使用光學方法進行研究,現在很明顯這並不總是正確的。通過測量,我們會影響正在研究的系統。品質因數是諧振器最重要的特性之一,它越高,設置的設備諧振頻率就越好,這意味著可以用它來更精確地測量必要的物理量。因此,瞭解判定品質因數的機制對於納米諧振器的研究和開發至關重要。”文章第一作者、俄羅斯科學院新西伯利亞分院Rzhanova半導體物理研究所非平衡半導體系統實驗室安德烈·安納託利耶維奇·舍維林博士說。

為製造納米諧振器,文章描述的工作使用了基於砷化鎵和二維電子氣的半導體多層結構。在一系列的工作步驟中,選擇性地蝕刻了一箇中間層(犧牲層),因此可以在基板上“懸浮”半導體薄膜。這個振動的薄膜就是諧振器。

“我們的團隊長期從事基於砷化鎵的半導體納米結構的研究,其性質對我們來說是很熟悉的。而納米機電系統對我們來說是一個相對較新的領域,它連接納米結構的電氣和機械特性,在兩個方向的交界處。如我們的實驗所示,這使我們能夠從根本上發現新現象。”文章的共同作者、非平衡半導體系統實驗室的首席研究員、西伯利亞國立大學通用物理系主任、物理數學博士亞瑟·格里戈裡耶維奇·波哥索夫說。

該研究由俄羅斯科學基金(No.18-72-10058)和俄羅斯科學院新西伯利亞分院Rzhanova半導體物理研究所政府項目(No.0306-2019-0019)共同支持。

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