Nat. Nanotech.? 雙層石墨烯中的門控拓撲傳導通道

【引言】

探索六角晶格的自由度可以幫助人們找到另外一種方法實現低電功率消耗。實驗證明循環極化光或者大電流可以在材料內部產生網谷極化現象。但是循環極化光的使用并不總令人滿意，并且，使用散裝谷極化的設備對有效面積的大小和邊緣取向有著嚴格的要求。作為另一種選擇，在高電子遷移率的電子門雙層石墨烯（?BLG）材料中電致谷極化拓撲傳導通道可以產生牢固的可擴展的平面以實現網谷極化。

【成果簡介】

近日，美國賓夕法尼亞州立大學的?Jun Zhu（通訊作者）和中國科學技術大學的喬振華教授（通訊作者）?等人在BLG中使用電流控制產生的一維拓撲傳導通道為使用谷控制閥，分束器和波導在高質量、原子級別厚的薄膜材料控制電子束開辟了新的途徑。結合了更大能帶隙的更窄的連接接頭可以使設備具有在非低溫下操作的潛力。dual-split-gate 結構證明了電位調控的無電子量子點并且打開了一扇通往磁疇壁物理的大門。

【圖文導讀】

圖一 器件結構及特征

圖1a，雙分離門控（dual-split-gated） 器件示意圖

圖1b，灰色線為頂部石墨烯層對于奇數和偶數場構造的外部靜電電位分布，黑色線為低部石墨烯層對于奇數和偶數場構造的外部靜電電位分布，紅線為波函數分布的狀態示意圖

圖1c，器件仿真色掃描電子顯微鏡圖片其中紫色為BLG，頂部的門和電極為金色，底部的多層石墨烯分離門為黑色，頂部的h-BN介電質為灰色

圖1d，為連接區域特寫圖片

圖1e ，對于器件1和器件2，R-_bulkCNP為應用位移場的函數

圖二 糾結態證據

圖2a，接頭電導率為v_si的函數

圖2b，藍色線為沿著圖a中黃色虛線隨著v_si變化的最大值，紅色線為沿著圖2a中黃色虛線隨著v_si變化的最小值

圖2c，R_j為四個極化場中D_R和D_L的函數，偶數場阻抗高，奇數場阻抗低。

圖三 能帶結構計算和糾結態電阻率

圖3a，器件接頭的能帶計算

圖3b，在黑線為E_F=0（meV），紅線為E_F=5（meV），藍線為E_F=14（meV）的情況下接頭電導率分別隨著長度L的變化

圖3c，在K和K'?糾結態間谷間散射圖解

圖四 在磁場中糾結態的阻值

圖4a，器件磁阻曲線 ? ? ? ? ? ??圖4b，當磁場強度B=8T時，R_j隨著V_si的變化

圖4c，器件的能帶構造 ? ? ? ??圖4d，在E_F=5meV時，器件的磁阻

文獻鏈接：Gate-controlled topological conducting channels in bilayer graphene（Nat. Nanotech., ?2016, doi:10.1038/nnano.2016.158）

本文由材料人電子電工學術組seeding供稿，材料牛編輯整理。

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