理解非线性动力学：对话 Akshay Naik，基于二维材料的机械谐振器研究

能否请您谈谈截至目前的科研历程及学术背景？

我的学术路径始于印度理工学院孟买分校（IIT Bombay）的硕士阶段，随后于马里兰大学（University of Maryland）攻读博士学位，研究方向聚焦于机械谐振器的量子极限探测。博士毕业后，我在加州理工学院（Caltech）开展了约五年的研究，主要围绕机械谐振器的传感应用及质谱分析技术展开。2011年，我选择回到印度，加入班加罗尔科学研究院（IISc Bangalore），至今已深耕于此近13年。

我的研究始终聚焦于力学领域，但选择了与传统硅/氮化硅器件不同的技术路径——二维材料。这一选择源于二维材料的独特优势：其纳米级尺寸特性能够赋予器件更卓越的传感性能。然而，二维材料作为新兴研究方向，初期我们对其行为机制的理解尚不充分，这促使我们转向非线性动力学研究。如今，非线性动力学已成为团队核心研究方向。

请介绍您当前的研究重点？

当前研究主要围绕机械谐振器展开，涵盖材料创新与应用拓展两大维度——材料与器件开发：一方面基于传统硅/氮化硅材料制备纳米机械谐振器；另一方面探索石墨烯等二维材料器件的制备与特性；​应用与基础研究：在应用层面，我们利用这些谐振器开展气体传感、质量传感及质谱分析；在基础研究层面，借助苏黎世仪器的 UHFLI 锁相放大器 等高端设备驱动谐振模式，深入研究其运动背后的物理机制，特别是不同模式间的非线性相互作用。近期，我们还拓展至量子光力学领域——相较于电机械系统，光力学系统在信噪比与带宽上的优势显著，有望突破传统技术的局限性。

您认为该领域未来面临哪些重大挑战？

我认为未来几年该领域将面临两大核心挑战——非线性效应的调控：随着器件尺寸的持续微型化，非线性效应的重要性日益凸显。传统研究中，我们常试图规避非线性干扰，因其可能影响传感精度。但值得注意的是，主动利用非线性特性反而可能催生新型传感器件，甚至推动技术革新；​多模式耦合的机制解析：传统机械谐振器通常仅含单一振动模式，但二维材料器件中，因材料张力的存在，不同模式间会产生强耦合。这种耦合效应会显著影响器件的整体动力学行为，深入解析其作用机制对优化器件性能至关重要。

您对青年科研人员有何建议？

“应当选择何种研究方向”是青年学者常问的问题，这如同询问“应当与谁共度一生”般充满不确定性。追逐量子科技等前沿热点固然值得鼓励——尤其是当你能深耕某一细分技术领域时。但更重要的是保持长远视角：学术热潮终会褪去，唯有真正的研究热情，才能支撑你在探索之路上行稳致远。