双层石墨烯中库仑阻力和间接激子的多波段方法

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安特卫普大学(比利时),卡梅里诺大学(意大利)和新南威尔士大学(澳大利亚)的理论合作研究解释了之前由美国两个研究小组独立获得的神秘化实验结果,其中显示了耦合孔双层石墨烯结构中的电子有时会以与预测方向完全相反的方向移动。

双层石墨烯图像中库仑阻力和间接激子的多带方法器件示意图:一片导电双层石墨烯携带电子,另一片由绝缘hBN隔开,带有空穴

新工作表明,这种明显矛盾的现象与双层石墨烯结构中的带隙有关,这种带隙比传统半导体中的带隙小得多。

在所研究的器件中,一片六方氮化硼(hBN)将两片原子级薄(2D)双层石墨烯分开,绝缘hBN阻止电子和空穴的复合。

将电流通过一张纸并测量另一张纸中的拖曳信号,允许实验者测量一张纸中的电子与另一张中的孔之间的相互作用,并最终检测出超流体形成的明显特征(零粘度的量子态) 。

直到最近,已经开发出具有足够薄的绝缘屏障的新的2D异质结构,其允许观察由强电子 - 空穴相互作用引起的特征。

2016年发表的实验显示出令人费解的结果。在某些实验条件下,发现库仑阻力为负 - 即沿一个方向移动电子导致另一个片中的孔沿相反方向移动。现有理论无法解释这些结果。

在这项新研究中,这些令人费解的结果是使用以前未在理论模型中考虑的关键多波段过程来解释的。先前在库仑阻力的实验研究中已经在具有更大带隙的常规半导体系统中进行。然而,双层石墨烯具有非常小的带隙,并且可以通过位于样品上方和下方的金属栅极的垂直电场来改变。

在每个石墨烯双层中传导和价带中的传输计算是将理论与实验结果相结合的“缺失环节”。当热能接近带隙能量时会发生奇怪的负阻力。

强大的多波段效应也会影响双层石墨烯中激子超流体的形成,因此这项工作为激子超流体的探索开辟了新的可能性。





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