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石墨烯谐振器中的能量衰减

发布时间:2019-06-07 07:30 来源:未知 编辑:admin

  能量耗散是理解热力学,光子学,化学反应,核裂变,光子发射甚至电子电路等许多物理现象的关键因素。

  在振动系统中,能量耗散由品质因数量化。如果谐振器的品质因数很高,机械能将以非常低的速率耗散,因此谐振器在测量或感测物体时将非常准确,从而使这些系统成为非常灵敏的质量和力传感器,以及令人兴奋的量子系

  以一根吉他弦为例,让它振动。琴弦中产生的振动在吉他的琴身中产生共振。由于身体的振动与周围的空气强烈耦合,弦振动的能量将更有效地消散到环境浴中,从而增加声音的音量。众所周知,衰减是线性的,因为它不依赖于振动幅度。

  现在,取下吉他弦并将其缩小到纳米尺寸,以获得纳米机械谐振器。在这些纳米系统中,已经观察到能量耗散取决于振动的幅度,被描述为非线性现象,并且到目前为止还没有提出的理论可以正确地描述该耗散过程。

  在他们的工作中,研究人员团队使用基于石墨烯的纳米机械谐振器,非常适合观察能量衰减过程中的非线性效应,并使用超导微波腔进行测量。这种系统能够在非常短的时间内检测机械振动,并且足够灵敏以检测最小位移和非常宽的振动幅度范围。

  该团队采用该系统,使用驱动力迫使其失去平衡,随后关闭力以测量振动幅度,因为系统的能量衰减。他们对每个能量衰减迹线多次测量,并且能够观察到当振动模式的能量衰减时,衰变速率达到其突然变为较低值的点。在高振幅振动下较大的能量衰减可以通过模型来解释,其中测量的振动模式与系统的另一模式“杂交”并且它们一致地衰减。这相当于吉他弦与主体的耦合,尽管在石墨烯纳米谐振器的情况下耦合是非线性的。随着振动幅度的减小,速率突然变化,模式变得分离,导致相对较低的衰减率,因此非常巨大的质量因素超过100万。直到现在,这种衰变的突然变化从未被预测或测量过。

  因此,在这项研究中取得的成果表明,在石墨烯纳米机械谐振器的非线性效应在完全不同的显示在高能量,如果控制,可以打开新的可能性,操作振动状态,用机械方式工程师混合状态的杂交效果频率,并研究高度可调系统的集体运动。

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