“奇特”电子激发石墨烯量子点

电子成像证实了理论预测,成功说明了石墨烯电荷载体可以被人工电位静电限制。这项研究为理解和控制载流子在石墨烯中的空间行为提供了新的实验平台。

成像电子图谱对科学家们较深刻的了解与利用未知奇特新电子态有着举足轻重的作用,譬如我们通过观察成像电子图谱发现了一种奇特的通过导线却无损失的电流。研究团队成功拍摄出可跨越石墨烯中能量障碍的超快电子图像,首次对这个不同寻常的的“隧道”进行了可视性观察(自然物理期刊指出成像静电会限制石墨烯量子点中的狄拉克费米子”)。

研究者通过对绝缘氮化硼顶部的石墨烯层中的圆形接合处进行研究,并对其电荷载流子(电荷载流子包括被激发的电子和多数空穴,而空穴指电子被激发之前,停驻的带正电性的点)密度进行成像处理,从而开始完成对此次研究的证实。

“奇特”电子激发石墨烯量子点

被捕获电子遵循相对论量子力学原理并可直接成像,从而验证了“这些电子一旦以接近于光速运行,便可成功穿越能量屏障”理论预言。该图是石墨烯量子点的圆形干涉图样,其中靠近点中心的驻波源于受限电子态。类似300×300的纳米尺寸图片所指区域仅仅作为单个引脚的范围的一小部分,其可通过扫描隧道显微镜获得所要求区域。对比度对应于电导差异。图片来源:劳伦斯伯克利国家实验室

我们学习新的电子物理学知识将有助于更好地理解并掌握能量是如何在石墨烯材料内移动的。在学习新的电子物理学的基础上,我们能做到熟练控制电子的行为的话,这将为我们的材料世界开启石墨烯器件的新大门。新型石墨烯器件终将推动高性能的计算机和传感器的快速发展。

通常,导体中移动的电子会被势能势垒反射。但石墨烯中的移动电子却异乎寻常的以接近光速的相对论速度传播。这在理论上说明某些特殊电子将不受势垒的阻碍影响,而是以高速横穿隧道。

在被称为“克莱因隧道”特型隧道中,粒子以近乎完美地传输通过潜在的障碍洞穴。在原始石墨烯中,材料本身允许高迁移率电子传输,但事实上却影响了实际应用所需的电荷载流子的静电限制效果。

科学家预测,圆形石墨烯结可实现短时间电子捕获,从而产生石墨烯量子点。研究员借助新型扫描隧道显微镜技术观察了石墨烯量子点,通过静电门操纵绝缘氮化硼衬底内的局部缺陷电荷,完美创建出纳米级石墨烯连接,并实现电子探测和电子成像。

电子成像证实了理论预测,成功说明了石墨烯电荷载体可以被人工电位静电限制。这项研究为理解和控制载流子在石墨烯中的空间行为提供了新的实验平台。

原文标题:Craters on graphene: Electrons impact,原文来自:nanowerk,由材料科技在线团队翻译整理。

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