La fréquence d'un instrument de musique, comme une corde de guitare, est accordable sur plus d'une octave, c'est-à-dire un rapport de deux entre la fréquence maximale et minimale. Elle se définit comme f=(k/m)^0.5, dans laquelle k est la constante de rappel et m la masse du résonateur. Pour être intégrée avec succès dans des dispositifs ou des capteurs, la fréquence du résonateur doit être accordée aux modes des autres composants. Lorsque les dimensions sont réduites à des tailles nanométriques, un accord aussi précis est difficile à réaliser in-situ. Il existe donc une demande pour des techniques simples et robustes permettant d'accorder des résonances mécaniques à l'échelle nanométrique, et pour des nanorésonateurs pouvant être accordés sur une large fenêtre de fréquence. Parmi les différents nanorésonateurs, les nanotubes de carbone et les matériaux bidimensionnels (2D) ont démontré les meilleures performances pour l'accord mécanique des fréquences,
Nous concevons ici un résonateur nanomécanique accordé thermiquement, par un chauffage par effet Joule et une très faible tension électrique, qui se situe à l'interface entre le transport thermique dans les matériaux 2D et la nanomécanique, avec un accent sur l'actionnement électrothermique des vibrations mécaniques et leur accord en fréquence.
Le groupe mat2D au C2N est expert dans les propriétés électroniques des matériaux 2D (Graphène, MX et MX2) Nos activités se concentrent sur la conception, la fabrication et les propriétés électroniques de nouvelles hétérostructures hybrides à base de matériaux bidimensionnels, en vue de la réalisation d'une nouvelle génération de dispositifs nanoélectroniques. Cette publication est faite en collaboration avec l’université de Pennsylvanie.
Références
Extreme mechanical tunability in suspended MoS2 resonator controlled by Joule heating
Anis Chiout1, Cléophanie Brochard-Richard1, Laetitia Marty2, Nedjma Bendiab2, Meng-Qiang Zhao3,4, A. T. Charlie Johnson3, Fabrice Oehler1, Abdelkarim Ouerghi1 & Julien Chaste1
npj 2D Materials and Applications volume 7, Article number: 20 (2023)
DOI : https://doi.org/10.1038/s41699-023-00383-3
Affiliations
1 Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - C2N, CNRS, Université Paris-Saclay, 91120, Palaiseau, France
2 Institut NÉEL, Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, F-38000, Grenoble, France
3 Department of Physics and Astronomy, University of Pennsylvania, 209S 33rd Street, Philadelphia, PA, 19104 6396, USA
4 Otto H. York Department of Chemical and Materials Engineering, New Jersey Institute of Technology, Newark, NJ 07102, USA
Figure – Une nanoguitare en MoS2 suspendu. (a) Schéma de la membrane MoS2 suspendue dans une configuration de transistor à grille arrière, contactée latéralement par deux électrodes en or (b) Image de l'échantillon par microscopie optique. Les lignes en pointillés servent de guide à l'œil pour localiser la cavité et le cristal de MoS2, la barre d'échelle est de 2µm (c) Réponse mécanique de la membrane assemblée au voisinage de 35,6 MHz, telle que mesurée par notre technique optique. (a) Variation de la fréquence en fonction de la tension de chauffage Vds. Elle montre une énorme accordabilité de la fréquence de 34 à 10 MHz. (b) Valeurs de l'efficacité et l’amplitude de notre variation de fréquence pour notre travail et d'autres références sur les TMDs et les hétérostructures 2D.
