能量耗散是理解熱力學(xué)，光子學(xué)，化學(xué)反應(yīng)，核裂變，光子發(fā)射甚至電子電路等許多物理現(xiàn)象的關(guān)鍵因素。

在振動(dòng)系統(tǒng)中，能量耗散由品質(zhì)因數(shù)量化。如果諧振器的品質(zhì)因數(shù)很高，機(jī)械能將以非常低的速率耗散，因此諧振器在測(cè)量或感測(cè)物體時(shí)將非常準(zhǔn)確，從而使這些系統(tǒng)成為非常靈敏的質(zhì)量和力傳感器，以及令人興奮的量子系

以一根吉他弦為例，讓它振動(dòng)。琴弦中產(chǎn)生的振動(dòng)在吉他的琴身中產(chǎn)生共振。由于身體的振動(dòng)與周圍的空氣強(qiáng)烈耦合，弦振動(dòng)的能量將更有效地消散到環(huán)境浴中，從而增加聲音的音量。眾所周知，衰減是線性的，因?yàn)樗灰蕾囉谡駝?dòng)幅度。

現(xiàn)在，取下吉他弦并將其縮小到納米尺寸，以獲得納米機(jī)械諧振器。在這些納米系統(tǒng)中，已經(jīng)觀察到能量耗散取決于振動(dòng)的幅度，被描述為非線性現(xiàn)象，并且到目前為止還沒有提出的理論可以正確地描述該耗散過(guò)程。

在最近發(fā)表在Nature Nanotechnology上的一項(xiàng)研究中，ICFO研究人員JohannesGüttinger，Adrien Noury，Peter Weber，Camille Lagoin，Joel Moser，由ICFO Adrian Bachtold教授領(lǐng)導(dǎo)，與Chalmers University of Technology和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員合作，發(fā)現(xiàn)了使用基于多層石墨烯的納米機(jī)械諧振器的非線性耗散過(guò)程的解釋。

在他們的工作中，研究人員團(tuán)隊(duì)使用基于石墨烯的納米機(jī)械諧振器，非常適合觀察能量衰減過(guò)程中的非線性效應(yīng)，并使用超導(dǎo)微波腔進(jìn)行測(cè)量。這種系統(tǒng)能夠在非常短的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)機(jī)械振動(dòng)，并且足夠靈敏以檢測(cè)最小位移和非常寬的振動(dòng)幅度范圍。

該團(tuán)隊(duì)采用該系統(tǒng)，使用驅(qū)動(dòng)力迫使其失去平衡，隨后關(guān)閉力以測(cè)量振動(dòng)幅度，因?yàn)橄到y(tǒng)的能量衰減。他們對(duì)每個(gè)能量衰減跡線進(jìn)行了1000多次測(cè)量，并且能夠觀察到當(dāng)振動(dòng)模式的能量衰減時(shí)，衰變速率達(dá)到其突然變?yōu)檩^低值的點(diǎn)。在高振幅振動(dòng)下較大的能量衰減可以通過(guò)模型來(lái)解釋，其中測(cè)量的振動(dòng)模式與系統(tǒng)的另一模式“雜交”并且它們一致地衰減。這相當(dāng)于吉他弦與主體的耦合，盡管在石墨烯納米諧振器的情況下耦合是非線性的。隨著振動(dòng)幅度的減小，速率突然變化，模式變得分離，導(dǎo)致相對(duì)較低的衰減率，因此非常巨大的質(zhì)量因素超過(guò)100萬(wàn)。直到現(xiàn)在，這種衰變的突然變化從未被預(yù)測(cè)或測(cè)量過(guò)。

因此，在這項(xiàng)研究中取得的成果表明，在石墨烯納米機(jī)械諧振器的非線性效應(yīng)在完全不同的顯示在高能量，如果控制，可以打開新的可能性，操作振動(dòng)狀態(tài)，用機(jī)械方式工程師混合狀態(tài)的雜交效果頻率，并研究高度可調(diào)系統(tǒng)的集體運(yùn)動(dòng)。