Nonlinear Stiffness and Nonlinear Damping in Atomically Thin MoS2 Nanomechanical Resonators

非线性系统 谐振器 刚度 材料科学 变硬 恢复力 凝聚态物理 物理 机械 光电子学 经典力学 复合材料 量子力学
作者
Tahmid Kaisar,Jaesung Lee,Donghao Li,Steven W. Shaw,Philip X.‐L. Feng
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:22 (24): 9831-9838 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.2c02629
摘要

We report on experimental measurements and quantitative analyses of nonlinear dynamic characteristics in ultimately thin nanomechanical resonators built upon single-layer, bilayer, and trilayer (1L, 2L, and 3L) molybdenum disulfide (MoS2) vibrating drumhead membranes. This synergistic study with calibrated measurements and analytical modeling on observed nonlinear responses has led to the determination of nonlinear damping and stiffness coefficients at cubic and quintic orders for these two-dimensional (2D) resonators operating in the very high frequency (VHF) band (up to ∼90 MHz). We find that the quintic force can be ∼20% of the Duffing force at larger amplitudes, and thus, it generally cannot be ignored in a nonlinear dynamics analysis. This study provides the first quantification of nonlinear damping and frequency detuning characteristics in 2D semiconductor nanomechanical resonators and elucidates their origins and dependency on engineerable parameters, setting a foundation for future exploration and utilization of the rich nonlinear dynamics in 2D nanomechanical systems.
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