高頻二硫化鉬奈米機械共振器問世

美國研究人員利用超薄的二硫化鉬(MoS₂)膜製作出第一個懸空的奈米機械振動裝置。MoS₂被認為在許多未來電子應用上可與石墨烯一較長短，而此高頻奈米機械振動器的振動頻率高達60 MHz，可能應用諸如新一代高敏感應器、高速變換器以及奈米機器等。

以往針對二維材料的研究大多著重於石墨烯(graphene)，但石墨烯有缺乏能隙的弱點，因此科學家們轉而研究其他層狀材料，其中又名輝鉬礦(molybdenite)的半導性材料MoS₂不僅有足夠大的能隙，同時擁有許多實用的物理性質，如高彈性與強韌等特性，因此成為當紅的研究課題。

最近，凱斯西儲(Case Western)大學Philip Feng研究團隊製作出第一個MoS₂奈米振動元件。他們利用力學剝離法製作出MoS₂振動膜，並將其懸掛在微米級的二氧化矽基板空腔上。此薄膜直徑在1-5 μm範圍內，厚度能控制到只有單原子層。單層MoS₂為鉬原子共價鍵結形成的六角平面，夾在上下方的兩硫原子平面間形成三角柱結構。

在室溫下且無外加驅動力時，源自熱力學的布朗運動(Brownian motion)會導致薄膜振動。Feng指出，他們克服了奈米製作上的困難以及測量超薄MoS₂結構振動的挑戰，成功地利用懸空MoS₂奈米結構製作具高頻諧振模式的奈米機電系統(nanoelectromechanical system, NEMS)。

為了測量MoS₂薄膜振動產生的極小訊號，該團隊自行設計了一套光點很小且轉導噪訊超低的雷射干涉儀量測系統，室溫下實驗的位移解析度為30 fm/Hz^1/2 (1 fm=10^-15 m)。藉由仔細微調量測儀器，他們能精準地觀察到此MoS₂裝置內因熱引發的布朗運動。

Feng表示，此實驗結果顯示石墨烯不再是唯一能用來研究製作此類奈米裝置的2D晶體材料。這種MoS₂奈米振動裝置有助於研發新穎的奈米機電系統，將來可望發展新型感測器、轉換器及奈米機械等，用來偵測微弱的布朗運動並轉換成電子和光學訊號。詳見ACS Nano | DOI: 10.1021/nn4018872。