论文亮点
对于基于石墨烯的电双层体系的层间拖拽效应开展了系统研究。低温下的拖拽信号中观察到了可复现的涨落行为。这种拖拽涨落的主要特征，包括幅值和峰谷间距等，主要取决于被拖拽层（而不是驱动层的）的载流子动力学特性，从而违反了库伦拖拽行为中惯常的昂萨格对易关系。特别是，层间拖拽涨落能维持到的温度，要显著高于石墨烯层内普适电导涨落(UCF)能维持到的温度，这意味着层间输运中的相位相干性明显增强。
图文摘要
在基于石墨烯的导电双层体系里观测库伦拖拽中的涨落行为。左上：器件的结构示意图，两个石墨烯导电层由中间的绝缘BN层隔开，在其中一个导电层（驱动层）通入驱动电流，于另一导电层（被拖拽层）中测量相应的拖拽电压。在层间栅和底栅的联合调控下，任意一层石墨烯的载流子类型和极性都能得到有效调控。左下：1.5 K温度下，上层石墨烯通电流，在下层石墨烯中测得拖拽电压随底栅压和层间栅压变化的分布。中上：底栅压固定为40 V时，下层石墨烯中测得的拖拽电压随层间栅压的变化。中下：下层石墨烯中测得的拖拽涨落，以及上、下两层石墨烯层内涨落在不同底栅压的幅度变化。右：不同温度下，层内涨落和层间拖拽涨落对应的相位相干长度。
研究背景
普适电导涨落是指改变导体的化学势和所处磁场，导体的电导发生可复现涨落的现象，它是相位相干输运的典型特征。而除了传统的单个导体中的UCF，两个在空间上接近但彼此绝缘的导体之间的库伦拖拽响应中，也已经观测到过相似的可重复涨落。然而，此前在GaAs双量子阱体系中的拖拽涨落只能在1 K以下的超低温度才能观测到；而且受限于GaAs体系的可调控性，对于拖拽涨落的演化特性也缺乏系统研究。
内容简介
最近，中国科学技术大学曾长淦教授团队基于石墨烯-BN-石墨烯组成的电双层体系，深入探究了层间拖拽涨落现象。相较于GaAs体系，石墨烯的载流子浓度和极性都具有高度可调性，且其层内的UCF也可以在更高的温度下依然存在。此外，利用BN作为绝缘层，可以使得两层石墨烯之间的间距低至数纳米。实验发现，高温下该体系的拖拽特性很好地符合昂萨格对易关系，即交换驱动层和被拖拽层后，拖拽行为一致。随着温度降低，拖拽信号随着栅压和磁场的变化出现明显的涨落行为。通过对比不同测量构型下的层内与层间输运数据，他们进一步揭示了拖拽涨落的幅值和峰谷间距等的演化特性，都仅和被拖拽层层内电导的变化规律一致，不再遵循昂萨格对易关系。值得注意的是，这些涨落在高达35 K的温度下仍可观测到，远超过单层石墨烯中的UCF温度。这表明，与单导体内的传统载流子输运相比，层间拖拽过程具有明显增强的相位相干性。
研究意义
该工作系统揭示了层间拖拽涨落的演化规律，为深入理解为固体中量子干涉效应及其与库仑相互作用之间的耦合提供了新的视角。从器件应用角度看，实验中观察到的显著拖拽涨落也表明对于微纳器件设计，有必要考虑相邻导电沟道之间相互作用引起的噪声干扰。
阅读原文
Giant Drag Fluctuations in Graphene-Based Electronic Double-Layer Systems
张弛，朱丽君，李林，曾长淦
Chin. Phys. Lett. 42 110707 (2025)
doi: 10.1088/0256-307X/42/11/110707
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