High Quality Factor Graphene-Based Two-Dimensional Heterostructure Mechanical Resonator

石墨烯 谐振器 材料科学 光电子学 异质结 传感器 纳米技术 电阻式触摸屏 电气工程 声学 物理 工程类
作者
M. Will,Matthew J. Hamer,M. Müller,Adrien Noury,Peter Weber,Adrian Bachtold,Р. В. Горбачев,Christoph Stampfer,J. Güttinger
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:17 (10): 5950-5955 被引量:92
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.7b01845
摘要

Ultralight mechanical resonators based on low-dimensional materials are well suited as exceptional transducers of minuscule forces or mass changes. However, the low dimensionality also provides a challenge to minimize resistive losses and heating. Here, we report on a novel approach that aims to combine different 2D materials to tackle this challenge. We fabricated a heterostructure mechanical resonator consisting of few layers of niobium diselenide (NbSe$_2$) encapsulated by two graphene sheets. The hybrid membrane shows high quality factors up to 245'000 at low temperatures, comparable to the best few-layer graphene mechanical resonators. In contrast to few-layer graphene resonators, the device shows reduced electrical losses attributed to the lower resistivity of the NbSe$_2$ layer. The peculiar low temperature dependence of the intrinsic quality factor points to dissipation over two-level systems which in turn relax over the electronic system. Our high sensitivity readout is enabled by coupling the membrane to a superconducting cavity which allows for the integration of the hybrid mechanical resonator as a sensitive and low loss transducer in future quantum circuits.

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