《基於石墨烯三端和多端納米器件的量子輸運研究》是依託北京大學，由康寧擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於石墨烯三端和多端納米器件的量子輸運研究
- 依託單位：北京大學
- 項目負責人：康寧
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
石墨烯作為本徵的二維原子晶體，由於其獨特的能帶結構，超高的載流子遷移率和亞微米尺度的彈道輸運性質，成為探索新物性，研製新型量子電子器件的理想體系。本項目擬在我們近期開展的石墨烯三端彈道器件的基礎上，以納米尺度的石墨烯三端和多端複合結構的為研究對象，通過對器件在低溫強磁場下量子輸運特性的研究，深入理解納米尺度下石墨烯載流子的散射機制；系統地研究器件非線性效應的尺度，溫度和磁場的變化規律，研製基於新原理的量子電子器件；利用彈道多端器件中非線性效應對散射敏感的特點，結合極低溫和強磁場的測量環境，研究理論預言的 Klein 隧穿各向異性的特徵，和量子霍耳態的隧穿和量子相干過程。這些研究將加深我們對石墨烯納米器件量子輸運特性的認識，為進一步研製基於石墨烯的量子電子器件探索新原理和新方法。
結題摘要
由於石墨烯新奇的電學，光學和力學特性，基於石墨烯的納米結構在基礎科學和器件套用上存在種種機遇和挑戰。本項目中我們對納米尺度的石墨烯三端和多端複合結構中特徵的非線性效應，自旋和谷散射過程，以及量子霍爾態中的量子輸運特性進行了系統研究。本項目的目標是發展和建立基於石墨烯納米結構器件的微納加工工藝和低溫下的輸運測量和調控技術。本項目的研究人員與研究生一起刻苦攻關，基本完成了項目計畫書中所列出的主要任務，獲得國際前沿水平的結果。例如，我們研製了高質量石墨烯三端器件，觀察到器件在彈道工作區特徵的非線性輸運行為。在四端十字結結構中，我們觀察到依賴於磁場和測量構型的非對稱輸運行為，並進一步提出利用器件特徵實現對局域雜質態的靈敏探測。我們成功製備了高質量超薄碳化鉬晶體，輸運研究提供了本徵二維超導的實驗證據，我們進一步在石墨烯/碳化鉬異質結上實現了高質量界面的約瑟夫器件。在氮摻石墨烯中，我們的實驗發現氮摻雜造成了石墨烯谷間的電子空穴非對稱散射過程。在石墨烯/氮化硼異質結構器件中，我們通過發展乾法轉移技術實現了高質量異質器件，在低溫下觀察到石墨烯超晶格結構中特徵的 Hofstadter 圖樣，並提出帶間散射對電子空穴端的輸運特徵產生重要影響。總之，通過本項目的實施，我們成功發展了至於石墨烯多端納米器件的製備和測量技術。我們的研究展示了石墨烯多端器件為探索新奇量子特性，研製新型量子電子器件提供了一個理想體系。
