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运输性质

运输性质

手性影响石墨烯晶体管中的电流

手性地铁:两个波函数之间的电子隧道

惯用或“chirality”英国和俄罗斯研究人员所做的新工作表明,电子的数量会影响电流在石墨烯晶体管中的流动方式。团队’的发现可能有助于制造更好的基于石墨烯的电子设备,甚至可能导致一种被称为新技术的新技术。“chiraltronics”.

石墨烯是一层碳原子,仅一个原子厚,排列成蜂窝状。这种材料的独特之处在于,每个电子相对论地沿薄片运动,就像没有质量一样,速度为1000 公里/秒这些电子也是“chiral”因为他们要么“right-handed” or “left-handed” – they are mirror images of each other. The electronic states that they can occupy are also 手性的.

英国–俄罗斯小组现在已经研究了这些电子的详细结构,研究了一种简单的结构中电流的流动方式,该结构由四原子厚的氮化硼(BN)层夹在两层石墨烯之间构成。当施加电压时,可以将更多的电子添加到一个石墨烯层中,从而使其带负电,并从另一层中除去电子,从而使其带正电。 BN势垒层足够薄,以使得电子可以通过量子隧穿在石墨烯层之间通过,从而产生电流。

量子‘selection rule’

团队成员 劳伦斯屋檐 诺丁汉大学和曼彻斯特大学的学者解释说,在隧穿过程中,电子服从量子“selection rule” –右手电子更喜欢进入右手状态,而左手电子更喜欢进入左手状态。这些过程确定了这些设备中的隧道电流强度。右手电子隧穿为左手状态(反之亦然)的过程很少见,并且对电流的贡献不大。

“当我们测量流过石墨烯晶体管的电流如何随施加的偏置电压而变化时,我们的隧穿电子的手征性或顺手性会清楚地显示出来,” explains Eaves. “但是,我们可以通过施加垂直于石墨烯层平面的强磁场来更精确地研究这种效应。该场用于量化电子运动,从而产生一个‘ladder’等距的能量水平”他补充说。高磁场测量使研究人员能够证明电子的能量,动量和自旋在隧穿过程中以及其手征性方面均得到保留。

“电子技术是通过控制电子的自由运动来处理信息的技术,而自旋电子学则利用电子的自旋及其电荷,” says Eaves. “It will be interesting to see if the 手性的ity of electrons in graphene-based electronics devices could be exploited in the future to develop a new technology – 手性的tronics,” he adds.

该研究发表在 自然物理学 doi:10.1038 / nphys3507.

版权©IOP 出版 Ltd和个人贡献者的2021年