石墨烯最新Science:检测固态系统中电子间相互感

  原题目:石墨烯最新Science:检测固态系统中电子间相互感化的“指纹”

  【引言】

  量子-相对论物质(quantum-relativistic matter)是天然界中极其遍及的存在,也是尽人皆知难以探测的物质。依据量籽实际,经过施加电场或许磁场发生限域效应可以增强电子间的相互感化,从而为探测强关联量子系统中的一系列独特物质和现象供给能够性。以此为依据,量子点在磁场中(量子霍尔态)时,人们认为库伦感化和朗道能级间载流子的从新散布可以典范的婚礼蛋糕型电子能级结构。固然有研究在经历超流-莫特绝缘体改变过程的超冷原子中不美观测到过相似结构,但在固态系统中完成响应的不美观测依然是一个宏大年夜的应战。

  美国国家规范与技巧研究院的J. A. Stroscio(通信作者)等人应用地道丈量技巧胜利地将环形石墨烯谐振器中空间束缚和磁束缚之间的相互影响可视化,并直接不美观测到了电子相互感化的陈迹。石墨烯是一种外表表露少量电子的二维资料,因此被认为是研究外加场中能级变更的抱负资料。研究人员起首将石墨烯器件冷却到相对零度摆布,以便发明量子点-小岛作为人工原子,在强度为1特斯拉的磁场中,量子点中的电子聚积越发严密,相互感化也被增强,终究这些电子将被以导电-绝缘齐心环瓜代的方法停止重排。经过扫描地道显微镜,分歧电子能级的齐心环图象被堆放在一同终究完成婚礼蛋糕型结构。因此这一研究为极端条件下不美观测和了解量子-相对物质的行动供给了有效的方法。2018年8月24日,相干后果以题为“Interaction-driven quantum Hall wedding cake–like structures in graphene quantum dots”在线颁布发表在Science上。

  图1 磁场感化下石墨烯量子点中能态演变表现图

  

  (A)石墨烯量子点谐振器的器件外形

  (B-E)上图表现随着磁场强度增大年夜,电势散布变更(灰色)和响应波函数密度(橙色);下图表现磁场强度变更与半经典轨道的关系

  图2 从空间量子化到磁通量子化过程当中能态凝集的可视化

  

  (A-I)应用微分电导成像手腕绘制局域能态密度(LDOS)与施加磁场的关系(磁场磁感应强度从0依次增大年夜到3.5T),同时展现了在高强度磁场中空间束缚量子点能态凝集成朗道能级(LLs)过程的流形(manifolds)变更

  (J)经过(A)到(I)图象取得的n,m=1/2能态的能量位置

  图3磁场中量子点能态的微分电导空间画图

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