室温下石墨烯机械运动的倏逝场光学读出

石墨烯机械谐振器近期因在精密力和质量传感应用中的潜力而备受关注。迄今为止，对其振荡运动的读出通常需要低温条件以实现高灵敏度，这限制了其应用范围。本文首次报道了石墨烯运动的倏逝场光学读出，该方案无需低温条件，并在室温下展现出增强的灵敏度和带宽。我们利用高 $Q$ 微球实现了对直径 70 $\mu$m 石墨烯鼓膜谐振器的倏逝场读出，信噪比大于 25 dB，对应的换能灵敏度为 $S_{N}^{1/2} =$ 2.6 $\times 10^{-13}$ m $\mathrm{Hz}^{-1/2}$。使用该谐振器进行力测量的灵敏度受限于驱动谐振器的热噪声，对应在室温（T = 300 K）下带宽为 35 kHz 时的力灵敏度 $F_{min} = 1.5 \times 10^{-16}$ N ${\mathrm{Hz}}^{-1/2}$。对 30 $\mu$m 石墨烯鼓膜的测量具有足够的灵敏度，可分辨最低的三个热驱动机械共振模式。