Nanoscale: 具有记忆功能的频率可调二维纳机械谐振器

近日，电子科技大学王曾晖教授、上海交通大学杨睿教授及美国的合作者联合报道了在二维纳机械器件中实现了具有记忆功能的频率高效调控现象。文章在线发表于Nanoscale。

微纳机电谐振器在射频信号处理等应用中发挥着重要的作用。随着近年来无线通讯频段的不断增加，对射频信号处理器件也提出了更高的要求：需要其能够在不同的频率实现射频信号处理，从而满足移动设备多频段工作的需求。一种解决方案，是针对每一个频率增加新的射频器件及相应的电路，但这种方法会使得射频信号处理芯片的面积随之成倍增加，也会越来越难以跟上不断增加的频段数量。另一种解决方案，是开发具有频率可调性的射频器件，能够根据使用需要迅速在不同的工作频率切换。谐振频率可调的机电谐振器就是一个很有前景的方案。

基于二维材料构建的各类新型二维纳机械谐振器由于其原子级别的厚度，可以直接通过栅极电压改变频率，具有极好的频率可调性；特别是其频率调控范围比常见的硅基微机电谐振器大了一至二个数量级，在前期研究中已经展示出了很好的潜力。然而，通过电压调控频率的二维纳机电谐振器普遍存在一个问题，就是需要持续不断地施加电压，才能保持改变后的频率。这对于面向未来万物互联的超低功耗移动设备非常不利，也制约了二维纳机电谐振器优异的频率可调性在超低功耗无线设备中的应用。

电子科技大学、上海交通大学和美国的研究者们在Nanoscale近期发表的论文“Thermal Hysteresis Controlled Reconfigurable MoS₂ Nanomechanical Resonators”中，提出并实验验证了无需维持电压偏置即能实现频率调控的一种新方案。这一方案采用了含全封闭微腔的二维二硫化钼纳机械谐振器设计，利用此类器件结构中的频率热滞回效应，通过施加热脉冲来实现对谐振器的频率调控，可以在不加偏压的情况下改变谐振器的谐振频率，并在无任何外部施加的电压偏置时，使谐振器自行维持在新的谐振频率工作，实现频率记忆功能。进一步，研究者们发现通过改变热脉冲的幅度可以控制谐振频率的调控范围，并且可以通过设计不同的热脉冲序列来实现可编程的、具有记忆功能的谐振器变频工作模式。

这些研究成果有助于推动新型频率可调的微纳机电谐振器件的探索，为针对未来超低功耗无线应用的新型自维持可调谐振器件提供了重要的思路和参考。

论文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/nr/d1nr03286k

图：无需维持电压偏置实现频率调控的新方案及实验验证。图片来源及版权：Nanoscale 期刊及论文作者

图：二维谐振器中的热滞回效应。图片来源及版权：Nanoscale 期刊及论文作者

图：通过设计不同的热脉冲序列来实现可编程的、具有记忆功能的谐振器变频工作模式。图片来源及版权：Nanoscale 期刊及论文作者

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