以色列魏茲曼(Weizmann)科學研究所的科學家最近以超純淨的碳奈米管製作出一種新型的奈米機電系統(NEMS)，用來研究電子與聲子(phonon)之間的耦合作用。該系統是由單量子點、雙量子點及碳奈米管共振器所組成，其設計能讓研究人員局部控制電子及聲子的耦合，提供第一個能用來研究基本凝態物理狀態及奈米力學的人造環境。 電子-聲子耦合是某些重要的凝態特性(如超導性及鐵電性)背後的基本物理機制，但這種耦合極難操控。在自然界中，這種耦合是由材料的參數所決定，只能做些微改變，而上述元件讓研究人員能在奈米管機械振盪器上任意位置製作單、雙量子點，對電子及聲子的耦合進行前所未有的局部操控。 這個由Shahal Ilani指導的研究團隊先在兩個金屬電極之間製作五個獨立閘極，並將一窄能隙之碳奈米管懸掛在兩電極間，形成一振盪器。碳管與金屬接觸的部份會形成電洞掺雜(hole-doped)，而透過在下方的閘極施加直流電壓，可在懸空部份局部掺雜電子或電洞。當所有閘極都施加負偏壓時，整根碳管都是電洞掺雜，形成一條導線；若只有一個閘極為正偏壓而其餘皆為負偏壓時，只有該閘極上方的碳管為電子掺雜，其兩側的p-n接面使此區域形成一個量子點，研究人員可藉此控制電子在碳管中的位置。 當電子位於碳管中某一位置時，作用於電子的靜電力將碳管整個往下拉動，而且電子越靠近閘極受力越大。此力的梯度與碳管的恢復力反向，相當於一「反彈簧」。此機制會減弱系統的總彈力常數，並且直接反應了電子與機械力之間的耦合。研究人員藉由將電子控制在使奈米碳管不再振動的位置上(即處於聲子波函數的節點)，能關閉此耦合；反之，若使電子處於碳管振動最大的腹點上，電子與聲子的耦合最強。 此技術以古典及量子力學方式來操縱機械系統，因此提供了控制電子-聲子交互作用的方法，將有助於研究許多基礎固態現象，譬如鐵電性、PJT不穩定性(Peierls and Jahn-Teller instabilities)以及超導性等。詳見近期的Nature Physics | doi:10.1038/nphys2842。 |