二維材料拓?fù)渎曌泳w

對(duì)彈性波進(jìn)行**操控在微波聲學(xué)器件領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)前迅速發(fā)展的拓?fù)渎曌訉W(xué)**地提升了人們對(duì)彈性波的操控能力。一階拓?fù)浣^緣體提供了理想的彈性波波導(dǎo)技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)有：（1）路徑任意且缺陷免疫，傳輸損耗**；（2）具有寬工作帶寬；（3）幾乎無(wú)色散。二階拓?fù)浣^緣體提供了理想的零維彈性波諧振腔，其優(yōu)勢(shì)有：（1）高品質(zhì)因子；（2）小模式體系。利用彈性波拓?fù)洳▽?dǎo)和諧振腔組合即可實(shí)現(xiàn)性能**的聲學(xué)模擬信號(hào)處理器件。因此，將彈性拓?fù)洳牧线M(jìn)行微型化、集成化、乃至可（電）調(diào)制化，是一個(gè)極具潛力的應(yīng)用研究方向。近期，一些可調(diào)、可重構(gòu)的彈性波拓?fù)洳牧弦驯粚?shí)驗(yàn)證實(shí)。然而，這些方案普遍需要復(fù)雜的外部電路，而仍處于宏觀尺度。一種芯片級(jí)、易于實(shí)現(xiàn)且可（電）調(diào)制的彈性波拓?fù)洳牧戏桨溉匀蝗笔А?/span>

具有原子層厚度的二維材料不僅具有高剛度、高強(qiáng)度、低質(zhì)量等**的力學(xué)性能，同時(shí)還具有**的電、光及磁學(xué)特性，使其成為可調(diào)、可重構(gòu)器件的理想選擇。在本文中，研究人員巧妙地將二維材料平鋪在圖形化襯底上，設(shè)計(jì)了一種由懸浮二維材料構(gòu)筑的彈性波聲子晶體，如圖1所示。

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由于懸浮的二維材料與基底具有較大的聲學(xué)阻抗失配，懸浮二維材料中的彈性波將無(wú)法進(jìn)入到基底中，因此也就能夠?qū)崿F(xiàn)圖形化的二維聲子晶體。通過(guò)對(duì)圖形化基底的**設(shè)計(jì)，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)該聲子晶體的拓?fù)鋺B(tài)，包括（一階拓?fù)洌┮痪S邊界態(tài)及（二階拓?fù)洌┝憔S拐角態(tài)。并可以利用它們實(shí)現(xiàn)構(gòu)筑于二維材料的彈性波導(dǎo)、分束器、諧振器、帶通/帶阻濾波器等，如圖2所示。

圖2：基于該聲子晶體拓?fù)溥吔鐟B(tài)及角態(tài)構(gòu)建的帶通濾波器。a器件構(gòu)型；b透射譜；c理論Q值超106；d角態(tài)的激發(fā)場(chǎng)。

重要的是，由于二維材料具有較高的“電-機(jī)械”敏感性，人們即可以通過(guò)柵極電壓對(duì)這些彈性波元器件的工作頻率進(jìn)行**調(diào)制，柵壓加載方式及調(diào)控效果如圖3所示。該案例中，研究人員選用的二維材料為石墨烯，襯底為表面沉積有二氧化硅薄膜的重?fù)诫s硅（對(duì)二氧化硅進(jìn)行圖形化）。包含有懸浮二維材料的復(fù)合材料整體形成電容類結(jié)構(gòu)。可通過(guò)增減柵極電壓，調(diào)控靜電力的大小，進(jìn)而增減石墨烯的形變，實(shí)現(xiàn)對(duì)器件工作頻率的調(diào)控。

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