Mechanical resonators based on graphene and carbon nanotubes
Los resonadores mecánicos basados en grafeno y nanotubos de carbono han atraído recientemente una considerable atención, debido a la gran variedad de propiedades extraordinarias que exhiben. La reducida dimensión intrínseca a su naturaleza hace de estos materiales candidatos ideales para el estudio...
| Autores: | , |
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2016 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:167808 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/167808 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Ressonadors Grafè Nanotubs de carboni |
| Sumario: | Los resonadores mecánicos basados en grafeno y nanotubos de carbono han atraído recientemente una considerable atención, debido a la gran variedad de propiedades extraordinarias que exhiben. La reducida dimensión intrínseca a su naturaleza hace de estos materiales candidatos ideales para el estudio de la mecánica en la nano-escala. Su reducida masa les hace extremadamente sensibles a fuerzas externas y masas adsorbidas, lo cual es prometedor para su uso como sensores. A ello se suma que estos sistemas pueden ajustar ampliamente su frecuencia de vibración llegando hasta GHz. Además, muestran fuertes efectos no lineales y entre sus interesantes propiedades está el eficiente acoplamiento de sus vibraciones mecánicas con los electrones en los regímenes de bloqueo de Coulomb y de efecto Hall cuántico. Sin embargo, trabajar con estos dispositivos requiere un alto nivel de control de las técnicas de nano-fabricación así como de una eficiente lectura y control de su movimiento. En esta tesis abordamos estos requisitos fabricando e investigando diversos nano-resonadores mecánicos basados en grafeno y nanotubos de carbono, mientras exploramos diferentes técnicas para la transducción de su movimiento. Primero estudiamos resonadores mecánicos acoplados basados en grafeno y nanotubos de carbono. Logramos superar los límites de las técnicas de nano-fabricación modernas creando estructuras completamente suspendidas consistentes en dos membranas de grafeno unidas por un nanotubo de carbono multi-capa. Utilizamos técnicas de demodulación de corrientes eléctricas como transducción para caracterizar la compleja dinámica de las vibraciones en estos sistemas a temperatura criogénica. Observamos, de manera interesante, acoplamiento entre los modos principales de vibración de las diferentes estructuras, resaltando la importancia de las no linealidades en estos sistemas en la nano-escala. Más tarde, investigamos la dinámica del ruido de resonadores basados en nanotubos de carbono fijados en uno de sus extremos, a temperatura ambiente, con una gran sensibilidad, acoplando su movimiento al foco de un rayo de electrones de un microscopio de electrones. Este esquema de transducción nos permite detectar su movimiento en tiempo real y presentar un análisis detallado de la trayectoria dos-dimensional del ruido en espacio y tiempo. Aquí mostramos que estos diminutos objetos se comportan como partículas Brownianas moviéndose en un potencial harmónico de dos dimensiones. Además, demostramos medidas coherentes en fase implementando un lazo de seguimiento de fase (PLL) que permite monitorizar la frecuencia de resonancia en tiempo real, abriendo el camino a aplicaciones como sensores de alto rendimiento. Finalmente, presentamos los primeros pasos hacia el estudio de resonadores basados en nanotubos de carbono mono-capa, suspendidos y anclados en ambos extremos como sistemas híbridos nano-optomecanicos, en los cuales el grado de libertad óptico está integrado dentro de la estructura del nanotubo. Hemos desarrollado un equipo de micro-fotoluminiscencia a baja temperatura para investigar el acoplamiento entre los modos de vibración mecánicos y los excitones localizados de cero dimensiones de los nanotubos. También, hemos desarrollado un proceso de deposición química de vapor (CVD) para hacer crecer nanotubos de carbono suspendidos, de hasta diez micras de longitud y diámetro reducido. |
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