利用石墨烯谐振器检测超声振动

超声检测是最重要的材料非破坏性亚表面表征工具之一，其目标是以纳米甚至原子分辨率横向分辨亚表面结构。近年来，石墨烯谐振器作为扬声器和超声无线电备受关注，显示出实现以空气传播超声进行通信系统的潜力。在此，我们展示一种石墨烯谐振器，可检测在其制备所用衬底上传播的超声振动。我们最终在高达100 MHz的频率下实现了约7 pm/√Hz的超声振幅分辨率。得益于机械回复力极高的非线性，谐振频率本身也可用于超声检测。我们观察到在65 MHz谐振频率下，由100 pm的诱发振动振幅引起120 kHz的偏移，分辨率为25 pm。值得注意的是，该非线性也解释了用静电栅拉动时谐振器谐振频率调谐中普遍观察到的不对称性。本工作提出了一种可安装于原子力显微镜悬臂上的传感器设计，因此有望用于纳米尺度非破坏性亚表面表征的直接超声检测。