High Dynamic Range Nanowire Resonators.
High Dynamic Range Nanowire Resonators.
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DOI：
10.1021/acs.nanolett.1c02056
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发表时间：
2021-08-11
期刊：
影响因子：
10.8
通讯作者：
Calleja M
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Molina J;Escobar JE;Ramos D;Gil-Santos E;Ruz JJ;Tamayo J;San Paulo Á;Calleja M
动态范围量化了纳米机械谐振器中可用的线性操作机制。在非常高的纵横比和非常小的直径的限制下，非线性主导弯曲梁的响应，这导致通常对纳米线谐振器的低动态范围的期望。然而，具有实际尺寸的纳米线谐振器的最高可实现的动态范围仍有待确定。我们报告的动态范围测量单钳位硅纳米线谐振器达到显着高的值高达90分贝获得一个简单的谐波驱动方案。我们解释这些测量的动态范围在单夹紧弯曲梁，包括锥形，半导体纳米线的一个常见功能的效果进行全面的理论检查。我们的分析揭示了宽线性操作所需的纳米线特性，并给出了动态范围和质量传感性能之间的关系，它也使分析确定质量检测限，达到原子级分辨率的可行的纳米线。
Dynamic range quantifies the linear operation regime available in nanomechanical resonators. Nonlinearities dominate the response of flexural beams in the limit of very high aspect ratio and very small diameter, which leads to expectation of low dynamic range for nanowire resonators in general. However, the highest achievable dynamic range for nanowire resonators with practical dimensions remains to be determined. We report dynamic range measurements on singly clamped silicon nanowire resonators reaching remarkably high values of up to 90 dB obtained with a simple harmonic actuation scheme. We explain these measurements by a comprehensive theoretical examination of dynamic range in singly clamped flexural beams including the effect of tapering, a usual feature of semiconductor nanowires. Our analysis reveals the nanowire characteristics required for broad linear operation, and given the relationship between dynamic range and mass sensing performance, it also enables analytical determination of mass detection limits, reaching atomic-scale resolution for feasible nanowires.
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