2022-03-10
近日，山西大学光电研究所研究团队联合国内外多家科研单位，设计了一种制备片上悬浮二维范德华异质结构的单步微雕方法，实现了多层范德华功能材料的纳米光机电耦合器（Nano-Opto-Electro-Mechanical System，简称NOEMS）原型。研究成果以“A monolithically sculpted van der Waals nano-opto-electro-mechanical coupler”为题于2022年3月1日在线发表于Light: Science & Applications。
NOEMS是能够在光、电、力的经典或量子自由度之间发生耦合，并互相操控或检测的纳米谐振子系统，有望广泛应用于超灵敏探测、新概念微纳传感器等领域。层状二维原子晶体具有丰富的物理属性和新奇量子自由度，自身又是力学性能良好的薄膜，因此近年来备受关注。然而，悬浮单原子层的二维材料通常需要借助超临界干燥仪等方法，加工成功率较低，尤其难以制备具有多个电极接口的悬浮二维原子晶体器件，这些限制使得范德华材料在NOEMS方向亟待探索。
研究团队将二维范德华材料异质结堆叠于预先图形化的孔洞阵列上，通过反应离子刻蚀将范德华异质结单步微雕成为悬浮纳米结构。该方法可复合多种功能层二维原子晶体（石墨烯、过渡族金属硫化物半导体、磁性/铁电二维材料等），并利用支撑层（少层氮化硼等）使得悬浮纳米异质结整体力学结构得到增强，加工过程无需借助超临界点干燥仪，典型器件成功率高达90%。经过多场耦合平台表征，该型器件具有优异抗辐射性能、超快电致热辐射响应、且可以天然作为机械谐振子工作，展示了单步微雕法制备的范德华异质结NOEMS中自旋、光、电、力多场耦合的研究前景，为后续将范德华异质结加工成为光子晶体，开展特殊波长的纳米光源研究提供了基础。
