基于graphene NEMS传感器的机电耦合物理机制研究

石墨烯（graphene）纳机电系统如今正处于探索阶段，虽已有团队制造出石墨稀纳机电器件原型，但其测量到的实验特性尚缺乏准确理论解释，其中之一就包括独特的电学特性与机械形变的耦合关系。本项目团队结合以前对硅纳机电系统和 graphene 电学特性的研究经验积累，选定了 graphene 纳机电传感器机电耦合问题为研究方向。本项目通过与实验相对应，以紧束缚（tight-binding）理论和非平衡态格林函数量子输运理论（NEGF quantum transport）相结合来解释机电耦合特性，以构建 Hamiltonian 为切入点，分别揭示单双层 graphene 的能带、电容、电阻、压阻效应、谐振品质等在电场作用下和具有不同弯曲曲率半径情形下的变化规律，从而提出并建立了普适于 graphene 谐振式质量传感器和电阻式压力传感器的理论模型，为今后 graphene 纳机电器件设计与制造提供了理论参考。同时，我们拓展了其他材料的机电耦合器件并通过实验实现，对于纳机电器件的研究进行了较好的铺垫。