微波場作用下石墨烯二維電子氣的量子輸運研究

《微波場作用下石墨烯二維電子氣的量子輸運研究》是依託中國科學技術大學，由魏來明擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：微波場作用下石墨烯二維電子氣的量子輸運研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：魏來明
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

研究石墨烯二維電子氣的量子輸運性質對設計基於石墨烯的新型量子器件具有重要意義。本項目將使用微機械剝離法從石墨上剝離石墨烯，並將其轉移到硼氮襯底上，製備高遷移率單層石墨烯。通過電子束光刻製備Hall bar結構並加工柵極。通過微波輻照下的低溫磁輸運測試，研究微波對石墨烯量子輸運行為（量子霍爾效應、Shubnikov-de Haas振盪、弱局域和反弱局域效應等）的影響。致力於在石墨烯體系中觀察到微波場引起的新穎效應（微波誘發磁阻振盪（MIRO）和零電阻態（ZRS）、磁致等離激元共振（MPR）、電子自旋共振（ESR）、微波引起電子退相等）。由此獲得載流子有效質量、g因子、輸運遷移率和量子遷移率、自旋弛豫時間、退相干時間、谷內和谷間散射時間等重要物理量，並研究微波場和柵壓對這些物理量的調控作用。本項目有希望發現石墨烯在微波場作用下的新奇物理效應和調控規律，為新型材料和自旋電子學的發展提供有用參考。

結題摘要

研究石墨烯二維電子氣的量子輸運性質對設計基於石墨烯的新型量子器件具有重要意義。在本項目資助下，我們製備了石墨烯與過渡金屬氧化物異質結LaAlO3/SrTiO3、石墨烯與超導體NbSe2、石墨烯與磁性絕緣體LaMnO3及EuS、石墨烯與金納米顆粒陣列、石墨烯與有機分子周期條帶、以及石墨烯與氮化硼等功能材料的近鄰複合結構器件。對這些器件進行了常規和電磁波輻照下的低溫磁輸運測試。觀察到石墨烯光電導回響的增強，實現了石墨烯弱局域量子干涉效應的電磁波調控，觀察到微波場引起石墨烯載流子的退相，實現了石墨烯周期勢阱光吸收譜的調控，實現了氧化物界面自旋軌道耦合的柵壓非單調調控和電磁波非易失可擦除調控，觀察到石墨烯在第二類超導體近鄰下的磁阻平台，觀察到石墨烯在磁性絕緣體近鄰下的非對稱磁阻和非線性霍爾效應。實現了電磁波場和柵壓對載流子濃度和遷移率、相位相干長度、谷內和谷間散射長度、自旋軌道耦合強度等重要物理量的調控。研究結果在石墨烯的光電探測領域具有套用前景，為探索石墨烯的非平凡量子態以及光控量子器件提供了線索。已發表標註資助的SCI論文5篇，其中通訊作者論文4篇；共培養3名博士研究生畢業，1名博士後出站。