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石墨烯超晶格中的新量子现象

发布时间:2019-01-26 13:08:22 来源:

由曼彻斯特大学领导的一支由石墨烯旗舰研究人员组成的研究小组在“ 科学 ”杂志上报道了三十年来首次报道的新型量子振荡。这是通过施加磁场而发生的,并且它是在高温和中尺度下存在的第一种类型。这项研究还揭示了Hofstadter蝴蝶现象。

量子理论是原子和亚原子水平的物理学研究。它量化能量和动量,并显示物体如何表征为粒子和波浪。量子振荡可用于在存在磁场的情况下绘制新材料的属性。本文展示了如何调整施加到包括石墨烯和氮化硼的异质结构的磁场,以产生一整套不同的电子材料。

石墨烯通过其与周期性排列的氮化硼层的精确位置产生的超晶格与磁场相互作用,从而可以调整其振荡以制造其电子结构中的带和间隙 - 这意味着磁场可用于将材料调谐为金属,半导体或导电材料。

该团队的领导成员和2010年诺贝尔奖获得者安德烈·盖姆说:“振荡量子效应始终是我们对材料特性理解的里程碑。它们非常罕见。据报道,新型量子振荡已超过30年“。他补充说:“我们的振荡因其极其坚固性而突出,在环境条件下易于接近的磁场中发生。”

这项工作还进一步阐明了Hofstadter的蝴蝶,这是一种描述磁场中电子行为的分形图案,使用石墨烯和氮化硼异质结构在2013年首次实验测量。在Hofstadter的蝴蝶所基于的原始理论工作中,模拟电子以产生分形图案的电子被视为Bloch电子(电子彼此不相互作用并在晶格内的周期性电位内移动)。这里展示的研究说明了这些复杂的分形模式如何被视为Langmuir量化,它是回旋加速器轨道的量化(采用通常被认为是圆形轨道而不是将其视为线性轨道)

国家石墨烯研究所所长Vladimir Falko教授评论说:“我们的工作有助于揭开Hofstadter蝴蝶的神秘面纱.Hofstadter蝴蝶光谱的复杂分形结构可以理解为由磁场产生的新金属序列中的简单Landau量化。”

荷兰格罗宁根Zernike先进材料研究所Nanodevices物理系主任Bart van Wees教授补充说:“我们一直认为量子振荡非常脆,在较高温度下容易被破坏,但作者已经证明这些现在可以在室温,甚至更高的温度下观察。这对于这些和其他基于范德瓦尔堆积二维材料的系统的新应用来说是个好消息。“

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