На основе графена создан сверхчувствительный датчик массы

Специалисты из Колумбийского университета (США) сконструировали наномеханический резонатор из подвешенного графена.

Резонансная частота колебаний подвешенной графеновой мембраны, собственная масса которой чрезвычайно мала, изменяется при попадании на нее частиц какого-либо вещества, что позволяет использовать такое устройство в качестве датчика массы.

Аналогичными свойствами обладают углеродные нанотрубки, однако у графена есть одно преимущество: форму двумерного «листа» можно изменять произвольно, — говорит ведущий автор работы Джеймс Хоун (James Hone). — Это дает нам возможность четко контролировать характеристики резонаторов».

Процесс создания резонаторов достаточно прост: ученые располагали графен на подложке из кремния и диоксида кремния, а затем формировали металлические (золотые) электроды и вытравливали в слое диоксида кремния микроканал глубиной около 100 нм. На такую же глубину вытравливалась площадка под той частью электродов, которая контактировала с графеном.

suspended.jpg Схематическое изображение устройства (иллюстрация из журнала Nature Nanotechnology)

Устройство управляется с помощью постоянного напряжения Vg, которое позволяет изменять натяжение мембраны и сдвигать резонансную частоту колебаний графенового слоя; для возбуждения колебаний используется напряжение радиочастоты δVg. Результаты экспериментов говорят о том, что резонансная частота колебаний однослойной графеновой мембраны при Vg = –7 В составляет приблизительно 65 МГц.

Как показали измерения в рабочем режиме, при низких температурах устройство «чувствует» изменение массы графенового слоя приблизительно на 1 зептограмм [10-21 г], что соответствует двум атомам золота, — рассказал г-н Хоун в интервью сайту Nanotechweb.Org. — Мы также выяснили, что отклик устройства имеет более сложный характер, чем ожидалось: вещество, помещенное на графеновую мембрану, изменяет не только ее массу, но и натяжение».

В настоящее время авторы экспериментируют с различными формами мембран и совершенствуют механизм снятия показаний, пытаясь еще увеличить чувствительность устройства.

bridger.jpg Несколько резонаторов, полученных из одного образца однослойного графена, и резонатор на основе графеновой наноленты шириной 200 нм

height.jpg Изображение подвешенного графена, полученное с помощью атомно-силового микроскопа. Белой линией обозначено сечение, показанное справа

graphs_0.jpg Характеристики устройства, созданного на базе однослойной графеновой мембраны шириной 3 и длиной 1,1 мкм, при Vg = –7 В и δVg = 19 мВ. Отчетливо виден пик на 65 МГц; ниже 25 МГц заметны пики, соответствующие электродам. Справа показан сдвиг резонансной частоты колебаний мембраны при изменении δVg; расчетная амплитуда колебаний обозначена как δz.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.9 (10 votes)
Источник(и):

http://science.compulenta.ru/463265/

http://physicsworld.com/…e/news/40552