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ナノ機械共振器の振動制御に関する研究

井上 太一 大阪府立大学 DOI:info:doi/10.24729/00017344

2021.04.20

概要

本研究では、以下のような観点から研究を展開した。

第 2 章では、光定在波によるグラフェン機械共振器の非線形振動の制御について述べている。検出レーザの波長を変化させることによって、異なる光定在波が形成される。このとき異なる光定在波がグラフェン機械共振器の非線形振動に与える影響について調べる。評価のために、非線形振動の運動方程式を数値解析的に解くことにより、非線形性の評価指標を提案する。運動方程式から解析モデルを作製することにより、その影響のメカニズムを理論的に明らかにする。

第 3 章では、電気的手法を用いて共振特性を測定し、グラフェンと MoS2 の積層による熱膨張係数の変調について検討する。グラフェンと MoS2 で熱膨張係数 (TEC)の符号が逆であるため、周波数シフトの温度依存性が弱まることが期待できる。ここではグラフェン機械共振器と積層グラフェン/MoS2 機械共振器を作製し、周波数シフトの温度依存性の比較から積層による熱膨張係数の変調の効果を明らかにする。得られた実験結果に対し、積層による物理パラメータの変化を考慮した振動モデルを照らし合わせることで、理論と実験の比較も行う。先行研究によるひずみ・欠陥導入・化学ドーピング 22-24 による TEC の制御とは異なり、共振特性を保ったまま TEC の制御を目指す。

第 4 章では、メモリ機能を有した光学的にチューニングできるナノ電気機械システムに向けて、単層MoS2 機械共振器にPPC が与える効果について調べる。架橋させた MoS2-FET 25-34 を作製し、レーザ照射によって PPC を誘起させ、ソースドレイン電流の過渡特性から PPC を観測する。続いて PPC が機械振動に与える影響について調べるため、レーザ照射後の共振周波数のシフトを計測する。光熱効果等を考慮することにより、どのような物理現象が PPC として機械共振に寄与しているのかを明らかにする。加えてジュール加熱を加えることによって、外部メモリデバイスを用いない光メモリ機能を持つナノ電気機械システムの実現への可能性について示す。

第 5 章では、本研究で得られた結果をまとめ、結論および今後の展望について述べる。

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参考文献

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