測(cè)輻射熱計(jì)是檢測(cè)光線的有力手段。新興應(yīng)用要求輻射熱計(jì)在室溫下工作，同時(shí)保持高速和高靈敏度，這些特性在本質(zhì)上受到探測(cè)器熱容的限制。為此，石墨烯引起了人們的興趣，因?yàn)樗哂休^低的單位面積質(zhì)量，及極高的熱穩(wěn)定性和出的光譜吸收能力。然而，由于石墨烯的電阻率與溫度的相關(guān)性很弱，因此在室溫下無(wú)法適應(yīng)最新技術(shù)。在這里，與常規(guī)輻射熱分析法不同，本文使用石墨烯納米機(jī)電系統(tǒng)通過(guò)共振感應(yīng)來(lái)檢測(cè)光。在我們的方法中，吸收的光加熱并熱拉伸懸浮的石墨烯諧振器，從而改變其諧振頻率。使用諧振頻率作為光檢測(cè)的讀數(shù)器，我們獲得了室溫噪聲等效功率(2 pW Hz
−1/2)和帶寬(從10 kHz到1.3 MHz)，這對(duì)當(dāng)前的技術(shù)水平提出了挑戰(zhàn)。
Fig. 1石墨烯諧振器的設(shè)計(jì)、圖像和機(jī)械性能。 a)輻射熱檢測(cè)方案的圖示。b)懸浮石墨烯鼓頭和c)蹦床的偽彩色掃描電子顯微鏡圖像。d) VDC=0.25 V時(shí)的幅頻響應(yīng)曲線。e)幅頻頻譜圖與應(yīng)用的dc柵極偏置。f)測(cè)量的石墨烯蹦床的機(jī)械振型。
Fig. 2 石墨烯諧振器對(duì)吸收光的頻率響應(yīng)和頻率噪聲測(cè)量。a)直徑為8µm的蹦床和500 nm寬系鏈的機(jī)械共振頻率與時(shí)間的關(guān)系。b)測(cè)量共振位移與吸收功率。c)九種不同的蹦床和三個(gè)不同的鼓面的頻率響應(yīng)度R
f與系繩寬度w。d)共振頻率與時(shí)間的蹦床GNB裝置。e)頻率噪聲與測(cè)量時(shí)間的艾倫偏差σ
A。f)九種不同的蹦床和三個(gè)不同的鼓面的靈敏度η與系繩寬度的關(guān)系。
Fig. 3石墨烯諧振器的建模和帶寬測(cè)量。 a)熱回路模型。 b)系繩寬度w=200 nm，直徑d=6μm的蹦床的偽彩色SRM圖。c)當(dāng)加熱激光器的幅度從100 Hz調(diào)制到50 kHz時(shí)，歸一化頻移響應(yīng)度R
f*。d)蹦床的熱膨脹引起的位移的實(shí)部和虛部振幅(w=1.2μm，d=6μm)。e)九個(gè)不同的蹦床和三個(gè)不同的鼓面的帶寬與系繩寬度。f)九種不同的蹦床和三種不同的鼓面的靈敏度與帶寬的關(guān)系。
相關(guān)研究成果于2019年由美國(guó)俄勒岡大學(xué)物理系Benjamín J. Alemán課題組，發(fā)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
