研究背景

同步现象广泛存在于量子纠缠，生物钟，以及生物集群运动等现象中。同步现象中的特殊动力学特性使其得到广泛的应用，例如利用心脏起搏器进行心律不齐等疾病的治疗，以及利用同步进行谐振式传感器的稳频等。近年来，研究人员趋向于在微纳米尺度进行同步动力学探索，而微机电系统以高集成度和低能耗的优势为研究同步现象提供了良好的平台。

研究内容

基于此，本研究设计并加工了具有特定弧度的拱形梁，以研究具有二次非线性主导的梁在外扰动情况下的同步现象，相关成果发表在著名动力学期刊Journal of Sound and Vibration上。我们在拱梁上构建了一个相位精确可调的闭环系统，该拱梁在大激励下表现出软化效应。通过施加外部扰动，我们在实验中实现了同步，观察到了同步时的锁频/锁相现象。探索了反馈相位延迟对同步带宽的影响规律。 发现了同步带宽大小随相位延迟的U/W/anti_U三种变化模式，变化模式可由非线性强度调控：线性区’U’型变化；弱非线行区‘W’型变化；强非线性区‘anti-U’型变化。该发现为工作在不同振幅区间的振荡器的最优相位延迟的选择提供参考。研究给出了刻画拱形微梁非线性强度的等效非线性系数，揭示了等效非线性系数对同步带宽的影响机制。发现了非线性对同步区间大小的大幅增强作用，并提出了利用静电输入的非线性强度的简便调控方法。通过改变交变输入电压Vac和直流偏置电压V_DC比可实现系统非线性的精确调控。该项研究为具有软化效应的非线性振荡器的同步带宽增强提供了新方法，同时对如何利用非线性提升传感器性能提出了新的思路。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022460X22005983?via%3Dihub