《在石墨烯超晶格中采集热载流子》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: chenfang
  • 发布时间:2016-05-24
  • 由石墨烯和氮化硼制成的超晶格每吸收一个光子至少有五个“热载流子”产生。在纽约,塔拉哈西和西雅图研究者这个新的结果,意味着该碳板可以用于制造柔性光电设备,如超高速和高效的光检测器和太阳能电池。在常规的光收集装置(如硅p-n结的太阳能电池),一个被吸收的光子只能激发在装置材料一个电子。这将设置一个极限(被称为肖克利-Queisser限制),以多大的权力可以转化为光。克服这一限制的一个方法是使用可产生每光子吸收多个电子特殊材料。这种所谓的多热载流子的产生,然而,使用这种想法非常罕见,使真实世界设备是困难的,因为多个载波需要被有效地提取。

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    • 编译者:郭文姣
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    • 几十年来,强烈相关材料的行为,尤其是非传统超导体,一直困扰着物理学家们。这些困难刺激了新的研究范式,如超旧的原子晶格,用于模拟量子材料。在此,我们报道了在二维超晶格中,用一个小的扭转角叠加两个石墨烯薄片,从而实现了固有的非常规超导性。角附近1.1°,第一个‘魔法’角度,扭曲的双层石墨烯展品ultraflat乐队电中性区附近,导致相关绝缘状态占据。当静电掺杂远离这些相关的绝缘状态时,我们观察到可调谐的零电阻状态,其临界温度为1.7开尔文。温度-密度相图显示了与cuprates的相似,包括超导圆顶。此外,量子振荡表明在相关绝缘相附近的小费米表面,与低掺杂cuprates相似。它相对较高的Tc,考虑到这样一个小的费米表面(对应于每平方厘米1011的低记录的二维载波密度),将扭曲的双层石墨烯放在最强大的耦合超导体之间,在一个接近于巴德-库珀-施里弗体系和玻色-爱因斯坦凝聚(BCS-BEC)交叉的体系中。这些结果将扭曲的双层石墨烯作为第一个纯碳基的二维超导体,提供了一个高度可调的平台,用来研究强相关的现象,这可能导致对高tc超导体和量子自旋液体的物理学的深入研究。 ——文章发布于2018年3月05日
  • 《探索 | 石墨烯莫尔超晶格中强关联态的首个光谱学证据》

    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2022-03-22
    • 近日,《Science》以“Spectroscopy signatures of electron correlations in a trilayer graphene/hBN moiré superlattice”为题发表了上海交通大学物理与天文学院陈国瑞副教授与美国麻省理工物理系巨龙助理教授课题组等的合作研究成果,报道了在石墨烯莫尔超晶格体系中强关联现象的首个光谱学证据。 强关联(电子-电子相互作用)是凝聚态物理中的重要概念,其带来了很多重要的物理现象,比如磁性、高温超导等。近几年,人们通过将相同或不同二维材料进行转角堆叠制备出二维莫尔超晶格(例如魔角石墨烯),并在此类材料中发现了强关联现象,包括Mott绝缘体、超导、轨道磁性、陈绝缘体、Wigner晶体等,并随之产生了许多有趣的问题,为研究强关联物理提供了一个全新的平台。在众多莫尔超晶格体系中,ABC-三层石墨烯/氮化硼超晶格具有丰富的可调控性,人们可简单地通过调节栅极电压,实现对体系中载流子浓度、关联强度和拓扑性质的连续调节,进而在ABC-三层石墨烯莫尔超晶格中原位实现金属、Mott绝缘体、超导体以及陈绝缘体。但受限于顶层栅极金属的存在,之前的实验工作主要集中在电学输运测量,缺少重要的谱学信息。 图1. (A) ABC-三层石墨烯/氮化硼莫尔超晶格器件与FTIR光电流测量示意图;(B) 价带-导带能隙的光学跃迁;(C) Mott绝缘态的光学跃迁 为了对莫尔超晶格体系中的关联强度等基本信息进行直接探测,此项工作将器件的顶栅设计成在红外波光有一定透射率的镍铬合金,利用傅里叶变换红外光电流光谱(Fourier transform infrared photocurrent spectroscopy)对ABC-三层石墨烯莫尔超晶格的强关联态(Mott绝缘态)进行了测量研究。随着增加垂直方向电场,通过测量价带到导带的光学跃迁光谱,在实验上观测到了三层石墨烯莫尔超晶格的能带宽度会减小的趋势,并且观测到在实验范围内最小能带宽度可到~12 meV, 明显小于估算的电子-电子间的库伦能~25 meV,支持了关联效应在体系中占主导作用的理论。进一步,通过调节载流子浓度,将体系调节到n = 1/2 Mott绝缘态,即每个莫尔超晶格中两个电子,观测到了一个能量在18 meV的光学跃迁,通过分析得出,此跃迁对应Lower Hubbard Band(LHB)到Upper Hubbard Band(LHB)的光学跃迁,即体系中的电子间库伦能,与估算的~25 meV接近。并且通过进一步分析,可排除n = 1/2的Mott绝缘态是自旋(spin)或谷(valley)极化的可能性。这一实验结果直接证明了三层石墨烯莫尔超晶格体系中强关联效应的存在,并在实验上给出了与描述强关联体系的Hubbard model相关的能量尺度,对精确描述莫尔超晶格中的强关联提供了实验支持。同时,此项工作展示了三层石墨烯莫尔超晶格的丰富物理与傅里叶变换红外光电流光谱在相关体系测量中的独特优势。