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石墨烯中的valley自由度通道
发布:lee_9124   时间:2015/5/11 11:05:19   阅读:1007 
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石墨烯潜在的valley自由度特性使得石墨烯可以通过波的编码数据带动电子的运动,从而形成导体。劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员近日发现了双层石墨烯中具有拓扑保护功能的一维电子导电通道。这些导电通道具有” valley极化”效应,这意味着双层石墨烯利用valley极化,在未来可以作为计算机中的电子过滤器使用。

如图所示为电镜下双层石墨烯的形貌图,在石墨烯片上显示出明亮的线条,这正是石墨烯片上具有的电子结构的红外响应。
 

伯克利实验室材料科学部门的凝聚态物理学家,同时也是该研究负责人Feng Wang说:”结合近红外纳米显微镜和低温电传输测量的结果,我们首次观察到双层石墨烯中的一维电子导电通道。这些一维valley极化的通道在4K的温度下长约400纳米。这些数据为双层石墨烯独特的拓扑相和valley物理效应的研究开辟了新阶段。”

Wang同时也是加州大学(UC) 约伯克利物理部门的工作人员,作为发表在Nature上的论文的通讯作者,他和这篇论文的主要作者Long Ju 和Zhiwen Shi一起进行的相关研究。

Valley自由度效应为高科技产业应用之一的量子计算提供了巨大的潜在价值。在自旋电子学中,具有valley自由度的数据处理经典电子的电荷运动相比,具有巨大的优势。

Wang 说:“当具有valley自由度的电子穿过二维半导体晶格时,每个能垒具有截然不同的动力特征和量子valley数据。当电子位于最低能垒时,量子valley数据可以用来编码信息。”

最近的理论成果指出,以AB –或者BA-排列的双层石墨烯可以实现一种一维电子导电通道。由于石墨烯壁的光滑,这种valley自由度通道保存了电子valley,而不像在石墨烯缺陷边缘的原子一样形成valley塌陷。然而,这种结论一直没有相关的实验证明。

在伯克利实验室的先进光源中心(ALS),同时也隶属于美国能源部科学办公室,Wang, Ju,Shi和他们的同事使用原位紧密聚焦光束呈现出双层石墨烯的红外光形貌图,并利用场效应器件证明了一维导电通道的存在。

Shi 说:“ALS中的红外设备检测限达到5.4,这使得我们可以使用光学光谱和空间分辨率衍射极限之外的方式,通过近红外图像来证明双层石墨烯中的纳米尺度的通道。”

目前,大多数关于valley自由度的研究都集中在二维半导体材料(MX2材料)上,这种材料由一层过渡金属(如钼或钨)原子夹在两层硫族元素原子之间形成。通过本文的研究,表明具有保护拓扑相的双层石墨烯中也有valley自由度,这意味着双层石墨烯可以作为一种可调半导体,在未来得到应用。

Wang 说:“我们的下一步计划就是延长双层石墨烯中的一维电子导电通道的长度,以便将来我们利用石墨烯作为电子valley过滤器以及其他电子操作设备使用。”


来源:新材料在线
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