副教授Farbod Alijani和博士生Ata Keskekler为机械系统中存在非线性耗散机制提供了支持证据。由于该机制,机械振动中的能量损失随着振动幅度的增加而变大。


耗散是热力学过程(例如摩擦)过程中“有用”能量的损失。为了证明其非线性性质,研究人员使用了只有几纳米厚的石墨烯纳米鼓。

研究人员澄清石墨烯耗散的微观原因 有望实现超灵敏可控传感器

《自然通讯》发表了结果(“通过参数直接内部共振来调节石墨烯纳米共振器的非线性阻尼”)。


到目前为止,由于几乎没有影响纳米系统阻尼力的可能性,这项研究为激动人心的可能性铺平了道路,以更好地了解纳米级的耗散起源并实现超灵敏可控传感器。


对于这项研究,在欧洲研究委员会(ERC)的资助下,研究人员与本·古里安大学和代尔夫特理工大学的卡夫利纳米科学研究所的同事们进行了合作。


能量损失


耗散的机械源在现代物理学中起着关键作用,其应用范围涉及纳米力学,生物力学,材料科学和量子计算。在钟表和其他振动机构中,能量损失通常与振动物体的速度成正比。


但是在特殊情况下,谐振器的一个谐振频率恰好是另一个谐振频率的两倍,这些损耗突然变得更大,因为通过这些振动模式之间的耦合损耗了额外的能量。

研究人员澄清石墨烯耗散的微观原因 有望实现超灵敏可控传感器

Alijani和Keskekler使用光调节了石墨烯纳米鼓振动状态之间的相互作用,从而使一种模式的振动速度恰好是另一种模式的两倍。通过这样做,他们还表明,通过这种机制,可以通过两个振动模式之间的耦合强度来控制阻尼力。


Ata Keskekler:“通常,吉他弦的声音衰减的速率与您弹拨的力度无关。但是,如果我们在Nano共鸣器和吉他之间进行类比,我们会发现一种机制,该机制表明,如果您在靠近音符的另一弦(即所弹奏的弦的第一个八度)中进行调音,衰减率将变为取决于您的努力程度。越接近八度,这种依赖性越强。”


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