石墨烯纳米谐振器研究取得新突破 实现谐振模式的非近邻耦合

从中国科技大学获悉，该校郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室在纳米机电系统（NEMS）方面取得最新进展。该实验室与美国加州大学团队合作，在研究两个石墨烯纳米谐振器的模式耦合过程中，创新性地引入第三个谐振器作为声子腔模，成功地实现了非近邻的模式耦合。相关研究成果发表在近日出版的《自然通讯》上。

纳米谐振器具有尺寸小、稳定性好、品质因子高等优点，是信息存储和操控的优良载体。为了实现不同谐振模式之间的信息传递，需要先实现模式间的可控耦合。近年来，国际上不同研究组针对同一谐振器中的不同谐振模式以及近邻谐振器之间的模式耦合机制进行了深入研究。然而，对于如何实现非近邻的、可调的谐振模式耦合，国际上一直未见相关报道。

针对这一难题，研究组设计和制备了三个串联的石墨烯纳米谐振器，每个谐振器的谐振频率可以通过各自底部的金属电极进行大范围的调节，因此只要设定合适的电极电压就可以实现三个谐振器的共振耦合。研究组首先测量到了两个近邻谐振器之间的模式劈裂，证明了在该串联结构中近邻谐振器可以达到强耦合区间，这为进一步探索第一个和第三个谐振器之间的耦合创造了条件。经过实验探索，研究组发现当把中间谐振器的共振频率调到远高于（或远低于）两端谐振器的共振频率时，两端谐振器之间不能发生模式劈裂，即二者耦合强度非常小;但是当中间谐振器的共振频率逐渐靠近两端谐振器的共振频率时，两端谐振器逐渐产生模式劈裂，且劈裂值逐渐增大。

该实验是首次在纳米谐振器体系中实现谐振模式的非近邻耦合，对于纳米机电谐振器领域的发展具有重要的推动意义，并且为将来在量子区间利用声子模式进行信息的长程传递创造了条件。