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石墨烯,再次登頂Nature!

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研究背景

范德華異質(zhì)結(jié)富有許多獨(dú)特的電子特性。非局部測(cè)試,即在遠(yuǎn)離經(jīng)典載流子流動(dòng)的接觸處測(cè)量電壓,已廣泛用于尋找新的傳輸機(jī)制,包括無(wú)耗散的自旋和谷傳輸,拓?fù)潆娭行噪娏鳎黧w動(dòng)力流動(dòng)和螺旋邊緣模式。

非局域測(cè)試的原則是,具有均勻局域歐姆電阻的系統(tǒng)會(huì)在遠(yuǎn)距離接觸處產(chǎn)生隨距離快速衰減的響應(yīng)。在局部測(cè)試中,與常規(guī)歐姆行為的小偏差將導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)產(chǎn)生偏差;在非局部測(cè)試中,歐姆貢獻(xiàn)呈指數(shù)式消失,從而將對(duì)非常規(guī)機(jī)制的相對(duì)靈敏性提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。因此,非局部傳輸測(cè)試已成為繪制二維 (2D) 材料中新傳輸現(xiàn)象的首選方法。
在單層、雙層、少層石墨烯、過(guò)渡金屬二硫化物和莫爾超晶格中發(fā)現(xiàn)了明顯的非局部效應(yīng)。然而,這些效應(yīng)的起源仍存在激烈的爭(zhēng)論。特別是石墨烯,在電中性處表現(xiàn)出巨大的非定域性,這一引人注目的現(xiàn)象引起了不同的解釋。

成果簡(jiǎn)介

有鑒于此,以色列魏茨曼科學(xué)研究所的A. Aharon-Steinberg, A. Marguerite, E. Zeldov在SQUID-on-tip(SOT)上使用超導(dǎo)量子干涉裝置進(jìn)行納米級(jí)熱成像和掃描柵極成像,證明了石墨烯邊緣常見的電荷積累導(dǎo)致巨大的非定域態(tài),產(chǎn)生了支持長(zhǎng)程電流的狹窄導(dǎo)電通道。出乎意料的是,雖然邊緣電導(dǎo)對(duì)零磁場(chǎng)中的電流幾乎沒有影響,但它會(huì)在中等磁場(chǎng)下導(dǎo)致邊緣和體傳輸之間的場(chǎng)致解耦。由此產(chǎn)生的巨大非局域性在電荷中性和遠(yuǎn)離它時(shí)會(huì)產(chǎn)生對(duì)邊緣無(wú)序敏感的奇異輸送特性,甚至?xí)a(chǎn)生逆全局電場(chǎng)方向的電荷流。該研究觀察到的一維邊緣傳輸是通用的且非拓?fù)涞模A(yù)計(jì)將支持許多電子系統(tǒng)中的非局部傳輸,提供對(duì)眾多爭(zhēng)議的解釋并將它們與系統(tǒng)邊緣的遠(yuǎn)程引導(dǎo)電子狀態(tài)聯(lián)系起來(lái)。

相關(guān)結(jié)果以“Long-range nontopological edge currents in charge-neutral graphene”為題發(fā)表在Nature期刊上。
石墨烯,再次登頂Nature!
圖1. 非局域傳輸特性
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圖2. 石墨烯樣品在4.2 K時(shí)的掃描 SOT 熱成像
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圖3. B=5 T時(shí)的掃描門顯微鏡
石墨烯,再次登頂Nature!
圖4. 非局部傳輸?shù)臄?shù)值模擬
Aharon-Steinberg, A., Marguerite, A., Perello, D.J.?et al.?Long-range nontopological edge currents in charge-neutral graphene.?Nature 593,?528–534 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03501-7

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