石墨烯谐振器中的能量衰减

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。

在最近发表在Nature Nanotechnology上的一项研究中，ICFO研究人员JohannesGüttinger，Adrien Noury，Peter Weber，Camille Lagoin，Joel Moser，由ICFO Adrian Bachtold教授领导，与Chalmers University of Technology和苏黎世联邦理工学院的研究人员合作，发现了使用基于多层石墨烯的纳米机械谐振器的非线性耗散过程的解释。

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进行了1000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。