声子晶体（PnCs）因其在耗散工程和声子传播操纵方面的巨大潜力而​​备受关注。 值得注意的是，石墨烯优异的电气和机械性能使其成为纳米机电谐振器的有前途的材料。 将石墨烯薄片转移到预先图案化的周期性机械结构上，可以实现具有片上规模的 PnC。 在这里，我们通过将石墨烯膜锚定到 9 × 9 的立式纳米柱阵列来展示纳米机电周期性阵列。 该器件具有准连续频谱，谐振模式分布在~120 MHz 至~980 MHz 之间。 此外，这些模式的谐振频率可以通过改变施加到位于下方的栅电极的电压进行电调谐。 模拟表明观察到的带状光谱为 PnC 形成提供了实验证据。 我们的架构具有很大的制造灵活性，为研究具有电气可访问性和可调性的 PnC 提供了一个有前途的平台。
 
 
图 1. (a) 基于石墨烯的 NEMPA 设备和测量设置的示意图。  (b) 器件的横截面示意图，沿 (c) 中的黑色虚线切割。 源电极和漏电极实现与悬浮石墨烯薄片的电接触，而栅电极位于下方以进行电调谐。 实验中研究的器件的 (c) 顶视图和 (d) 侧视图 SEM 图像。 该器件由一个 9 × 9 的周期性纳米柱阵列组成，并在其上转移了选定的石墨烯薄片。 石墨烯膜固定在纳米柱上，形成 NEMPA。 白色虚线表示石墨烯薄片的边缘。
 

图 2. (a) 实验测得的 ΔI_mix 作为不同栅极电压 Vg 下驱动频率 f 的函数。 在这里，减去背景波动以获得 ΔI_mix。  (a) 中的白色虚线突出了电可调准连续机械模式的抛物线状形状。  (b) 中的数据集是从 (a) 中提取的（步长为 0.5 V），并且为了清晰起见，它们彼此偏移了 0.2 nA 的恒定值。  (b) 中的灰色虚线标记了典型的共振模式，以显示它们在改变 V_g 时的演变。
 
  图 3. (a) 作为 f 和 V_g比图 2a 大得多的频率范围的函数的测量频谱 ΔI_mix。 频谱表现出类带特征，机械模式广泛分布于~120 MHz 至~ 980 MHz。  (b-g) 放大 (a) 中带有相应标记的区域。 准连续分布模式似乎在 ~ 120 MHz 处结束，而在其下方观察到几个离散的共振峰，如（g）中的白色箭头所示。
 

图 4. (a) 使用考虑周期性边界条件的无限模型模拟声子带结构。  (b) 分别在 Γ、X 和 M 点的选定特征频率分支（在 (a) 中标记为 (i-iv)）的单位单元的典型模式形状。  (c) 作为栅极电压 Vg 的函数的模拟特征频率。  (d) 有限模型的示意图，考虑到边界的影响。  (e) 计算两种不同边界条件下的透射光谱 S₂₁ 并标记为“x-boundary free”（石墨烯薄片在（d）中标记为“x-boundary”的边缘处自由振动）和“x-boundary fixed”（石墨烯 分别夹在 (d)) 中标记为“x 边界”的边缘处。
  
       相关科研成果由中国科学技术大学Xiang-Xiang Song和 Guo-Ping Guo等人于2021年发表在Nano Letter（https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c01866）上。原文：Graphene-Based Nanoelectromechanical Periodic Array with Tunable Frequency。

转自《石墨烯研究》公众号