北京
近日，電子科技大學基礎與前沿研究院王曾暉團隊聯合深圳大學物理與光電工程學院余快等在Advanced Science發表題為“Ultrathin-Gold-Resonators-Enabled Bolometers with High Linearity, Responsivity, and Repeatability”的研究論文。論文通訊作者為電子科技大學王曾暉、朱健凱、徐博，以及深圳大學余快。電子科技大學基礎與前沿研究院為第一完成單位。該研究得到了國家重點研發計劃、國家杰出青年科學基金、國家自然科學基金原創探索計劃等項目的支持。
近年來，納米級厚度的超薄金屬薄膜因其區別于體材料的獨特光學與電子特性而備受關注。得益于其高表面積–體積比以及在超薄尺度下顯現的量子限域效應，這類材料（如金薄膜）可呈現可調的能帶結構和增強的表面等離激元共振（SPR）響應。此外，超薄金屬在保持優異電導率的同時，還具備強光–物質耦合能力、較高的光學透過率、良好的電光調控能力，以及在單原子層極限下可能出現的超導特性。基于上述優勢，超薄金屬在光電器件、柔性電子和傳感等領域展現出廣闊的應用前景。
為進一步挖掘此類超薄材料的傳感潛力，引入機械自由度并構建納米機電系統（NEMS）被認為是一條有效途徑。這一策略已在低維材料（如石墨烯和碳納米管等）的NEMS傳感器中得到充分驗證，在力、質量和位移檢測方面實現了突破性性能。然而，相較之下，基于超薄金屬的NEMS器件研究仍相對有限，其潛在的傳感能力尚有待系統探索與深入研究。
本研究采用化學方法制備了單晶超薄金納米片，并基于此構建了二維金納米機械諧振器，實現了工作于高頻（HF）和甚高頻（VHF）范圍的納米機電傳感器。借助光學干涉測量系統，本工作清晰解析了器件的共振響應，并實現了低至數十fm/Hz1/2量級的位移測量靈敏度。在光熱驅動條件下，器件表現出高度線性響應（非線性系數低至 0.0865）、較高的功率–頻率響應度（約 ?11.47 ppm·μW?1），并在激光功率從 2.3 μW 至 0.48 mW 的范圍內展現出良好的重復性和穩定性。進一步地，本研究建立了超薄金 NEMS 的頻率尺度關系（Frequency Scaling Law），提取出其有效楊氏模量約為 75.6 GPa，預應力范圍為 0.09–0.8 N·m-1，為器件結構設計與性能優化提供了理論依據。該工作首次系統展示了基于超薄金納米片的高性能 NEMS 光熱傳感器，揭示了二維金納米結構在高頻納米機械共振與光電響應中的獨特優勢。這一成果不僅深化了對金納米結構力學特性的理解，也為未來金基集成化高性能傳感器、射頻器件及納米機電系統的發展奠定了重要基礎。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/advs.202521335
本文來自“材料科學與工程”公眾號，感謝論文作者團隊支持。
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