超薄CrPS4纳米机电谐振器实现宽动态范围与高温稳定性的突破

来自国际团队的研究人员针对纳米机电系统(NEMS)谐振器在温度变化下动态范围(DR)不稳定的难题，开展了基于二维材料铬硫磷酸盐(CrPS4)的超薄谐振器研究。该器件在液氦温度下展现出106 dB的超宽动态范围，并在100 K温区内保持卓越稳定性，噪声低至9.98 fm/Hz?1/2，质量分辨率达1.51×10?24 g，为极端环境下的超灵敏传感开辟了新途径。

　　

在纳米机电系统(Nano-Electro-Mechanical Systems, NEMS)研究领域，原子级薄层材料因其卓越的机械光学特性，为高分辨率宽动态范围(Dynamic Range, DR)传感应用带来了新机遇。然而温度参数波动往往制约着器件性能的稳定性。最新研究发现，采用铬硫磷酸盐(CrPS₄)制备的超薄机械谐振器展现出突破性表现：在84 MHz基频工作时，不仅测得低至9.98 fm/Hz^?1/2的本征布朗热机械振动噪声，更在液氦温度下实现106 dB的惊人动态范围。尤为关键的是，该器件在100开尔文温区内始终保持稳定的宽动态范围特性，经测算其质量分辨率高达1.51×10^?24克。这项突破使得二维材料NEMS谐振器在极端环境超灵敏检测(如生物分子称重)和信号处理等领域展现出前所未有的应用潜力。研究还通过达芬响应(Duffing response)等表征手段，为二维NEMS性能研究提供了新范式。