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美國與澳洲科學家聯手想出了一個新方法，來測量奈米系統中的機械非線性效應。此研究結果有助於更加瞭解諸如石墨烯感測器之類的奈米裝置，如何受制於這些非線性現象，這點對於奈米裝置的實際應用相當重要。
美國加州理工學院(Caltech)的Michael Roukes與澳洲墨爾本(Melbourne)大學的研究人員設計實驗以探討奈米機械系統的非線性現象，此奈米系統主要是一根兩端如吉他弦般被鉗緊的橫樑。團隊成員Matt Matheny表示，吉他弦在撥動時主要以第一諧振模(first resonant mode)產生聲響，不過其他共振模也同時存在，也就是所謂的泛音(overtone)。人們聽到的音調(pitch)主要是來自於第一諧振，不過若是彈奏和弦(harmonic)則能聽見其他諧振模。
在一個完全線性的系統中，無論如何用力撥弦，音調總是不變。但是在非線性系統中，用力撥弦會引發模耦合(mode-coupling)，造成泛音音調改變，而這主要源自於第一諧振模的振動。當裝置逐漸縮小至奈米等級時，這些非線性特徵將越趨重要，而其極限則是由單層石墨烯(僅有單一原子厚)所製作的元件。
吉他弦的機械振動是靠拾音器(pickup)轉變為電子訊號，若是拾音器會改變音調，即系統變成非線性，便難以確認非線性是源自弦本身或拾音器。先前許多這方面的研究無法區別非線性現象的來源，因此該團隊選用高度線性的拾音器以簡化問題。他們採用金屬應變片(metallic strain gauge)作為拾音器，因此實驗中橫樑產生的機械非線性會落在此機電轉換器的線性範圍內。
實驗結果顯示，他們不僅成功測量到奈米橫樑的機械非線性，並且實驗數據與描述此類系統的尤拉-白努利(Euler-Bernoulli)理論高度相符。根據此Caltech/ Melbourne研究團隊，探討如此非線性性質將有助於瞭解奈米元件如石墨烯感應器的極限所在。詳見Nano Lett.｜ DOI: 10.1021/nl400070e。 |