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美国俄勒冈大学物理系Benjamín J. Alemán课题组–快速灵敏的室温凯发体育app苹果手机烯纳米机械测辐射热仪

测辐射热计是检测光线的有力手段。新兴应用要求辐射热计在室温下工作,同时保持高速和高灵敏度,这些特性在本质上受到探测器热容的限制。为此,凯发体育app苹果手机烯引起了人们的兴趣,因为它具有较低的单位面积质量,及极高的热稳定性和出的光谱吸收能力。然而,由于凯发体育app苹果手机烯的电阻率与温度的相关性很弱,因此在室温下无法适应最新技术。在这里,与常规辐射热分析法不同,本文使用凯发体育app苹果手机烯纳米机电系统通过共振感应来检测光。在我们的方法中,吸收的光加热并热拉伸悬浮的凯发体育app苹果手机烯谐振器,从而改变其谐振频率。使用谐振频率作为光检测的读数器,我们获得了室温噪声等效功率(2 pW Hz−1/2)和带宽(从10 kHz到1.3 MHz),这对当前的技术水平提出了挑战。

美国俄勒冈大学物理系Benjamín J. Alemán课题组--快速灵敏的室温凯发体育app苹果手机烯纳米机械测辐射热仪

Fig. 1凯发体育app苹果手机烯谐振器的设计、图像和机械性能。 a)辐射热检测方案的图示。b)悬浮凯发体育app苹果手机烯鼓头和c)蹦床的伪彩色扫描电子显微镜图像。d) VDC=0.25 V时的幅频响应曲线。e)幅频频谱图与应用的dc栅极偏置。f)测量的凯发体育app苹果手机烯蹦床的机械振型。

美国俄勒冈大学物理系Benjamín J. Alemán课题组--快速灵敏的室温凯发体育app苹果手机烯纳米机械测辐射热仪

Fig. 2 凯发体育app苹果手机烯谐振器对吸收光的频率响应和频率噪声测量。a)直径为8µm的蹦床和500 nm宽系链的机械共振频率与时间的关系。b)测量共振位移与吸收功率。c)九种不同的蹦床和三个不同的鼓面的频率响应度Rf与系绳宽度w。d)共振频率与时间的蹦床GNB装置。e)频率噪声与测量时间的艾伦偏差σA。f)九种不同的蹦床和三个不同的鼓面的灵敏度η与系绳宽度的关系。

美国俄勒冈大学物理系Benjamín J. Alemán课题组--快速灵敏的室温凯发体育app苹果手机烯纳米机械测辐射热仪

Fig. 3凯发体育app苹果手机烯谐振器的建模和带宽测量。 a)热回路模型。b)系绳宽度w=200 nm,直径d=6μm的蹦床的伪彩色SRM图。c)当加热激光器的幅度从100 Hz调制到50 kHz时,归一化频移响应度Rf*。d)蹦床的热膨胀引起的位移的实部和虚部振幅(w=1.2μm,d=6μm)。e)九个不同的蹦床和三个不同的鼓面的带宽与系绳宽度。f)九种不同的蹦床和三种不同的鼓面的灵敏度与带宽的关系。

相关研究成果于2019年由美国俄勒冈大学物理系Benjamín J. Alemán课题组,发表在Nature Communications (https://doi.org/10.1038/s41467-019-12562-2)上。原文:A fast and sensitive room-temperature graphene nanomechanical bolometer

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