Quantum Electro-Mechanical Engineering of Nanosystems

纳米系统量子机电工程

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2014-03996
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 3.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2016-01-01 至 2017-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Electro-mechanical interactions are enhanced at the nanoscale, such that the boundary between mechanics and electronics can be blurred. To fully exploit quantum nanotechnology, it is essential to understand and control simultaneously the mechanics (phonons, strain, defects) and electronics (quantum phase, screening, correlations) of nanosystems. We will study this hybridization of electro-mechanics in some of the most promising and tunable nanomaterials: strain-engineered graphene, single-wall carbon nanotubes (SWCNTs) and monolayer MoS2. Our approach is unique as we have developed the methods to fabricate extremely clean and small transistors (< 10 - 50 nm) suited for strain-engineering. We will strain these devices up to 10%, while measuring their electronic spectrum at low T and under high magnetic fields. We will explore high-impact fundamental and applied science: (1) Strain transistors, valleytronics and strain-Quantum Hall Effect, (2) Strain engineering of the thermal conductivity and thermopower, (3) Ultra-strong electron-vibron coupling in nano-electromechanical systems (NEMS). The high-impact of the proposed work comes from two facts: our samples are roughly an order of magnitude smaller than most ultra-clean graphene/ SWCNT/ MoS2 suspended devices studied by other groups (stronger electro-mechanical coupling), and we will map out their electronic and thermal transport while controlling simultaneously their strain and electromagnetic environment. This unique exploration will allow us to make quantitative tests of the e-v couplings in NEMS, and strain engineering of electronic and thermal transport. For instance, using a uniaxial strain in ballistic graphene we aim to create mechanically controlled quantum transistors. Similarly, we expect to be able to control the thermal conductivity of graphene and the thermopower of molybdenum-disulfide using strain. We will also use strain to increase the frequency of nano-oscillators (NEMS) and reduce their energy dissipation. These studies are essential to exploit quantum nanotechnology where mechanics and electronics hybridize. We aim to build several proof-of-principle applied devices: strain-transistors, thermal transistors, ultra-high frequency NEMS and mechanical qubits.
电力机械相互作用在纳米级增强了,从而使力学和电子产品之间的边界可以模糊。为了完全利用量子纳米技术,必须同时理解和控制纳米系统的力学(声子,应变,缺陷)和电子(量子相,筛选,相关性)。我们将研究某些最有前途且可调的纳米材料中电力力学的这种杂交:应变工程石墨烯,单壁碳纳米管(SWCNT)和单层MOS2。我们的方法是独一无二的,因为我们已经开发了制造非常干净和小型晶体管(<10-50 nm)的方法。我们将在低T和高磁场下测量其电子光谱的同时将这些设备过滤高达10%。我们将探索高影响力的基本科学和应用科学:(1)菌株晶体管,valleytronics和菌株 - 量子霍尔效应,(2)导热性和热电器的应变工程,(3)纳米电力学系统中的超强电子企业偶联(NEMS)。 提议的工作的高影响来自两个事实:我们的样品大约比大多数超级清洁石墨烯/ SWCNT/ MOS2悬挂的设备小的数量级(强大的电力机械耦合)小,我们将绘制它们的电子和热传输,同时绘制它们的应变和电磁环境。这种独特的探索将使我们能够对NEM中的E-V耦合以及电子和热传输的应变工程进行定量测试。例如,使用弹道石墨烯中的单轴菌株,我们旨在创建机械控制的量子晶体管。同样,我们希望能够使用菌株控制石墨烯和钼二硫化物的热电器的导热率。我们还将使用应变来增加纳米振荡器(NEM)的频率并减少其能量耗散。这些研究对于利用力学和电子杂交的量子纳米技术至关重要。我们旨在构建几种原理施加的设备:应变晶体管,热晶体管,超高频率NEM和机械码头。

项目成果

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Champagne, Alexandre其他文献

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