На основе графена создан сверхчувствительный датчик массы

24.04.2012 Hi-tech

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

Резонансная частота колебаний подвешенной графеновой мембраны, личная масса которой очень мелка, изменяется при попадании на нее частиц какого-либо вещества, что разрешает применять такое устройство в качестве датчика массы.

Подобными особенностями владеют углеродные нанотрубки, но у графена имеется одно преимущество: форму двумерного «страницы» возможно изменять произвольно, — говорит ведущий создатель работы Джеймс Хоун (James Hone). — Это дает нам возможность четко осуществлять контроль характеристики резонаторов».

Процесс создания резонаторов достаточно несложен: ученые располагали графен на подложке из диоксида и кремния кремния, а после этого формировали железные (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.

Схематическое изображение устройства (иллюстрация из издания Nature Nanotechnology)

На основе графена создан сверхчувствительный датчик массы

Устройство управляется посредством постоянного напряжения Vg, которое разрешает изменять натяжение мембраны и сдвигать резонансную частоту колебаний графенового слоя; для возбуждения колебаний употребляется напряжение радиочастоты ?Vg. Экспериментальные результаты показывают, что резонансная частота колебаний однослойной графеновой мембраны при Vg = –7 В образовывает примерно 65 МГц.

Как продемонстрировали измерения в рабочем режиме, при низких температурах устройство «ощущает» изменение массы графенового слоя примерно на 1 зептограмм [10-21 г], что соответствует двум атомам золота, — поведал господин Хоун в интервью сайту Nanotechweb.Org. — Мы кроме этого узнали, что отклик устройства имеет более сложный темперамент, чем ожидалось: вещество, помещенное на графеновую мембрану, изменяет не только ее массу, но и натяжение».

На данный момент авторы экспериментируют с разными формами мембран и совершенствуют механизм снятия показаний, пробуя еще расширить чувствительность устройства.

Пара резонаторов, взятых из одного примера однослойного графена, и резонатор на базе графеновой наноленты шириной 200 нм

Изображение подвешенного графена, полученное посредством атомно-силового микроскопа. Белой линией обозначено сечение, продемонстрированное справа

Характеристики устройства, созданного на базе однослойной графеновой мембраны длиной 3 и шириной 1,1 мкм, при Vg = –7 В и ?Vg = 19 мВ. Четко виден пик на 65 МГц; ниже 25 МГц заметны пики, соответствующие электродам. Справа продемонстрирован сдвиг резонансной частоты колебаний мембраны при трансформации ?Vg; расчетная амплитуда колебаний обозначена как ?z.

Случайные записи:

071. Принц В.Я. доклад (1/2)


Похожие статьи, которые вам понравятся: