2024年08月21日，来自哈佛大学的Eric Mazur和Amir Yacoby、哈佛大学和加州大学伯克利分校的曹原等研究者介绍了一种采用微机电系统(MEMS)的具有原位可调界面特性的2DM片上平台。相关论文以题为“On-chip multi-degree-of-freedom control of two-dimensional materials”发表在Nature上。
截止目前，曹原已经发表9篇Nature和1篇Science！二维材料(2DM)及其异质结构，提供可调谐的电学和光学特性，主要通过静电门控和扭曲进行修改。
虽然静电门控是控制2DM的一种行之有效的方法，但在探索2DM物理和先进量子器件技术时，实现对界面特性的实时控制仍然是一个挑战。目前的方法通常依赖于扫描显微镜，其应用范围有限，缺乏器件级静电门的可及性和可扩展性。最近，人们提出了一种基于扫描显微镜的方法，可以同时控制扭曲角和进行隧道光谱分析。虽然它代表了一个显著的进步，但它需要高度专业化和昂贵的设置，以及很少有实验室拥有的专业知识。这些限制表明需要一种通用的方法来操纵器件级vdW异质结构中的堆叠。在这里，研究者设计并实现了一个基于微机电系统(MEMS)的片上平台，以前所未有的灵活性和精度进行2DM的通用操作。该平台名为基于MEMS的二维材料通用驱动平台(MEGA2D)，不仅满足了对2DM堆叠的原位控制需求，还为凝聚态物理、光学等领域提供了很多机会。该平台包括紧凑且具有成本效益的设备，具有精确的2DM电压控制操作能力，包括接近，扭转和加压动作。研究者通过在扭曲六方氮化硼(h-BN)的非线性光学磁化率中创建合成拓扑奇点(如介子)来证明该技术。该技术的一个关键应用是开发具有实时和宽范围可调谐偏振的集成光源。 此外，研究者预测了一种量子模拟，可以产生具有可调纠缠特性的纠缠光子对。该工作扩展了现有技术在操纵低维量子材料方面的能力，并为新的混合二维和三维设备铺平了道路，在凝聚态物理，量子光学和相关领域具有很好的意义。
2024-08-27
4629
