【引言】

　　在固體中，電子(zi)(zi)的(de)(de)量(liang)子(zi)(zi)本質生成(cheng)(cheng)了(le)能(neng)(neng)帶(dai)結(jie)構，它控制著電子(zi)(zi)的(de)(de)傳導和材料(liao)的(de)(de)光學性(xing)(xing)能(neng)(neng)。同樣，長(chang)程(cheng)超晶格能(neng)(neng)產(chan)生微能(neng)(neng)帶(dai)結(jie)構，其分散在一(yi)個更好(hao)的(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)尺(chi)度(du)內，這個能(neng)(neng)量(liang)尺(chi)度(du)跨越了(le)一(yi)個縮減的(de)(de)布里淵區(qu)（布里淵區(qu)內會產(chan)生諸如負微分電導和布洛(luo)赫振蕩等現象）。然而，制備(bei)長(chang)程(cheng)周期模式極(ji)具挑戰性(xing)(xing)，需要(yao)調(diao)節電勢來形成(cheng)(cheng)分散性(xing)(xing)好(hao)的(de)(de)微能(neng)(neng)帶(dai)結(jie)構但不能(neng)(neng)破(po)壞材料(liao)的(de)(de)質量(liang)和電子(zi)(zi)相(xiang)干(gan)性(xing)(xing)。大(da)多數關于橫向花紋半導體異質結(jie)的(de)(de)實驗(yan)揭示了(le)經典的(de)(de)可(ke)(ke)公(gong)度(du)性(xing)(xing)效(xiao)應，可(ke)(ke)并不需要(yao)微能(neng)(neng)帶(dai)結(jie)構。盡(jin)管有關于在有序超晶格中費米表面(mian)重建的(de)(de)證據，費米表面(mian)的(de)(de)細節都被(bei)微能(neng)(neng)帶(dai)結(jie)構和順(shun)向磁分解之間弱分離現象所湮沒。

　　高質量的(de)石(shi)墨(mo)烯/六(liu)(liu)方氮化硼（h-BN）范德華異質結（偏差(cha)角小于1°）的(de)到來(lai)大(da)大(da)改變(bian)了這(zhe)(zhe)一(yi)(yi)現(xian)狀。在這(zhe)(zhe)一(yi)(yi)系統中，石(shi)墨(mo)烯中電(dian)(dian)(dian)子(zi)的(de)周(zhou)期(qi)電(dian)(dian)(dian)勢被兩(liang)種(zhong)晶體(ti)間的(de)不一(yi)(yi)致所產生的(de)六(liu)(liu)邊形(xing)莫爾條紋(wen)所利(li)用(yong)。迪拉克電(dian)(dian)(dian)子(zi)的(de)微能帶結構已(yi)通過(guo)掃描(miao)隧道、電(dian)(dian)(dian)容和光學顯微鏡證明，包括磁(ci)運輸。這(zhe)(zhe)些研究闡釋了被稱作(zuo)霍夫施塔特蝴蝶的(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)結構，它出(chu)現(xian)在一(yi)(yi)個量子(zi)化的(de)磁(ci)場中。

　　二維金(jin)屬內電子回旋器軌道的形狀是一個(ge)費米表面90°旋轉(zhuan)的形狀，載體沿軌道順時(shi)針或者(zhe)逆時(shi)針旋轉(zhuan)。靠近金(jin)屬邊界的電子軌道通向(xiang)躍(yue)遷(qian)軌道，其躍(yue)遷(qian)方向(xiang)取(qu)決于(yu)載體的有(you)效電荷。這些(xie)躍(yue)遷(qian)軌道在(zai)聚(ju)焦(jiao)線上突出，導致了橫向(xiang)電子聚(ju)焦(jiao)（TEF）效應。

【成果簡介】

　　近(jin)日(ri)，來自(zi)美國斯坦福大學的(de)(de)(de)David Goldhaber-Gordon（通訊(xun)作者）等(deng)通過測(ce)量同一磁(ci)場中相鄰(lin)觸體(ti)間的(de)(de)(de)軌道(dao)運(yun)輸，被稱作橫向電子(zi)聚(ju)焦效應，來研究moiré微(wei)能(neng)(neng)(neng)帶中電子(zi)的(de)(de)(de)動力(li)學特征。在(zai)低溫下，研究人員觀察(cha)到躍遷軌道(dao)的(de)(de)(de)焦散(san)線(xian)在(zai)數以百(bai)計的(de)(de)(de)超晶格周(zhou)期(qi)方向延展，為連續微(wei)能(neng)(neng)(neng)帶逆(ni)轉了(le)回(hui)旋(xuan)(xuan)加速器(qi)的(de)(de)(de)回(hui)旋(xuan)(xuan)，終止(zhi)了(le)在(zai)范(fan)霍夫奇(qi)點附近(jin)的(de)(de)(de)回(hui)旋(xuan)(xuan)運(yun)動。在(zai)高溫下，電子(zi)與(yu)電子(zi)間的(de)(de)(de)碰(peng)撞抑(yi)制了(le)聚(ju)焦。研究這類微(wei)能(neng)(neng)(neng)帶的(de)(de)(de)傳導性(xing)能(neng)(neng)(neng)在(zai)設計超晶格器(qi)件(jian)中新型的(de)(de)(de)運(yun)輸行(xing)為很有(you)必要。

【圖文導讀】

　　　　圖1：實驗概念圖

　　（A）實驗裝(zhuang)置示(shi)意圖，覆(fu)蓋在(zai)一(yi)張(zhang)設備的(de)照片上。綠色部(bu)分(fen)顯示(shi)的(de)是h-BN/石墨(mo)烯/h-BN雙分(fen)子層(ceng)異質結。紫色部(bu)分(fen)是SiO2基底，虛線表示(shi)的(de)是石墨(mo)烯層(ceng)的(de)上邊(bian)界；

　　（B）發射于(yu)發射器（紅星處(chu)）的(de)躍遷軌(gui)道模擬(ni)圖。電子(zi)軌(gui)道束沿著聚(ju)焦線（紅色虛線）聚(ju)焦于(yu)指(zhi)向邊界的(de)等軸陣(zhen)列；

　　（C）橫向電子聚(ju)焦（TEF）圖譜(pu)。

　　　　圖2：基準溫度下的TEF圖譜

　　（A）石墨(mo)烯(xi)/h-BN超晶格微(wei)能(neng)(neng)(neng)帶(dai)圖。每一個所能(neng)(neng)(neng)觀察到的微(wei)能(neng)(neng)(neng)帶(dai)都被標記(ji)；

　　（B）根據觸(chu)發電(dian)壓(ya)下(xia)的(de)(de)TEF圖譜。黑(hei)色虛線代表(biao)B1，B3和(he)B6，是在費米能級(ji)接近狄(di)拉克點情況(kuang)下(xia)一些預(yu)期的(de)(de)峰(feng)位置。綠色虛線代表(biao)由于回旋加速器運動中止(zhi)所造成的(de)(de)TEF突然(ran)的(de)(de)終止(zhi)；

　　（C）根(gen)據Vg下的TEF圖(tu)譜(pu)。

　　　　圖3：模擬躍遷軌道

在石墨烯/h-BN超晶格邊界處的發射器發射出的躍遷軌道的幾個代表性模擬圖。

　　　　圖4：TEF圖譜與溫度之間的關系

　　（A）VM/IL減(jian)去平(ping)滑的背景，得到電子密度(du)，并且溫(wen)度(du)升至(zhi)150K。升高溫(wen)度(du)可以抑(yi)制TEF；

　　（B）圓(yuan)圈(quan)和三角(jiao)形代(dai)表(biao)(biao)有(you)效散(san)(san)射率(lv)(lv)，綠(lv)色粗線代(dai)表(biao)(biao)理論(lun)散(san)(san)射率(lv)(lv)，這(zhe)與(yu)電子間的相(xiang)互(hu)關系有(you)關，方(fang)塊和菱形代(dai)表(biao)(biao)聲子的散(san)(san)射率(lv)(lv)。

【小結】

和(he)操縱軌(gui)跡(ji)運輸(shu)在(zai)電子(zi)系統(tong)中(zhong)(zhong)(zhong)研究低能(neng)(neng)物理的(de)一(yi)種強大(da)(da)手段(duan)。本(ben)文(wen)中(zhong)(zhong)(zhong)，從發射(she)器自由發出的(de)準粒子(zi)到(dao)(dao)收集器的(de)軌(gui)道(dao)軌(gui)跡(ji)在(zai)10mm左右，大(da)(da)約是700個(ge)超晶(jing)(jing)(jing)格(ge)周期。超冷原子(zi)的(de)軌(gui)道(dao)運動已經在(zai)均(jun)勻光學(xue)晶(jing)(jing)(jing)格(ge)中(zhong)(zhong)(zhong)被觀察到(dao)(dao)，晶(jing)(jing)(jing)格(ge)大(da)(da)小在(zai)100個(ge)晶(jing)(jing)(jing)胞(bao)大(da)(da)小左右，但(dan)在(zai)固態下一(yi)維超晶(jing)(jing)(jing)格(ge)半導體中(zhong)(zhong)(zhong)電子(zi)的(de)平均(jun)自由程僅(jin)限(xian)于10個(ge)晶(jing)(jing)(jing)胞(bao)大(da)(da)小。實(shi)驗闡(chan)釋了在(zai)moiré超晶(jing)(jing)(jing)格(ge)中(zhong)(zhong)(zhong)微能(neng)(neng)帶(dai)電子(zi)動力學(xue)的(de)關鍵特征，并且點出了新型運輸(shu)效應進一(yi)步探索(suo)的(de)方向。在(zai)技術層(ceng)面，這(zhe)樣一(yi)個(ge)微能(neng)(neng)帶(dai)傳導性能(neng)(neng)的(de)明確(que)驗證暗示石墨烯/h-BN是一(yi)種基于微能(neng)(neng)帶(dai)物理設備的(de)實(shi)用(yong)平臺。在(zai)磁場中(zhong)(zhong)(zhong)石墨烯超晶(jing)(jing)(jing)格(ge)的(de)邊(bian)緣產生的(de)高效的(de)光電流可能(neng)(neng)是由研究人(ren)員所觀察到(dao)(dao)的(de)躍遷軌(gui)道(dao)所造成的(de)；此(ci)外，Hz設備如布(bu)洛(luo)赫(he)振蕩器能(neng)(neng)得益于該(gai)系統(tong)中(zhong)(zhong)(zhong)更長(chang)的(de)散射(she)時間。

來源：材料牛

（本文系轉載，并不代表本網站觀點，如涉及版權等問題，請聯系我們以便處理）