バリスティックグラフェンｐｎ接合における量子輸送現象

弹道石墨烯p-n结中的量子输运现象

基本信息

批准号：
14J09475
负责人：
森川生
金额：
$ 1.6万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

h-BNを基板として用いた高移動度グラフェンにおいては、キャリアの平均自由工程が試料のスケールより大きくなるバリスティック伝導を示す。このバリスティックなキャリアは、チャネル中でほとんど散乱を受けないことから、キャリアが直進し、あたかも幾何光学のように電子波の「軌跡」が伝導を支配するようになる。申請者は、この電子波の軌跡をpn接合を利用することで制御し、電気伝導そのものを制御することに成功した。たとえば、櫛形のnpn接合を利用することによって、電子波のコリメーションと全反射を利用し、電気伝導度を抑制することに成功した。伝導度を抑制することはギャップレスなバンド構造を有するグラフェンにおいては応用上非常にハードルの高い技術であり、過去の先行研究においては、伝導度を抑制するために移動度を抑制したり、キャリア密度を抑制したりすることで、何とか実現にこぎ着けていたが、本研究においては、高移動度・高キャリア密度を保ちながらも伝導度を抑制することに成功した。また、櫛形のnpn接合と平坦なnpn接合の間には磁気抵抗の符号が異なることも発見し、それが接合内のバリスティックキャリアの軌道とKlein tunnelilngを考慮に入れることで説明できることも分かった。これらの結果は、グラフェン中の電子波を幾何光学のように扱うという全く新しいコンセプトを用いることで実現した結果であり、グラフェンにおける「光学」、いわゆる「Dirac fermion optics」のデモンストレーションに成功した結果と言える。

在使用H-BN作为底物的高迁移率石墨烯中，展示了弹道传导，其中载体的平均自由过程大于样品的尺度。这种弹道载体在通道中几乎没有散射，导致载体直行，电子波的“轨迹”占主导地位，就好像是几何光学器件一样。申请人通过使用PN连接来控制该电子波的轨迹，并成功控制了电导传导本身。例如，通过利用梳状NPN连接，我们通过利用准直的和总反射电子波来成功抑制电导率。抑制电导率是一项具有很高的石墨烯的技术，在应用方面，没有间隙带结构的石墨烯，并且在先前的研究中，可以通过抑制迁移率和载体密度来抑制电导率来实现它，但是在这项研究中，我们成功地抑制了电导率，同时又保持了较高的迁移率和高载体密度和高载体密度。我们还发现，磁盘码代码在梳状的NPN连接和扁平NPN连接之间有所不同，可以通过考虑到交界处和克莱因隧道内的弹道载体的轨迹来解释。这些结果是通过使用像几何光学（几何光学元件）在石墨烯中处理电子波的全新概念来实现的，可以说是成功证明“光学”石墨烯的结果，即所谓的“ dirac fermion光学”。