美国俄勒冈大学物理系Benjamín J. Alemán课题组–快速灵敏的室温石墨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，石墨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，由于石墨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，本文使用石墨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石墨烯谐振器，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。

Fig. 1石墨烯谐振器的设计、图像和机械性能。 a)辐射热检测方案的图示。b)悬浮石墨烯鼓头和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)测量的石墨烯蹦床的机械振型。

Fig. 2 石墨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R_f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σ_A。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。

Fig. 3石墨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R_f^*。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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