Probing miniband structure and Hofstadter butterfly in gated graphene superlattices via magnetotransport
本研究通过量子输运建模，在门控石墨烯超晶格中探测微能带结构，并验证横向磁聚焦技术与Hofstadter蝴蝶光谱的适用性。
2023-09-10 cond-mat.mes-hall
Phase coherent transport in a side-gated mesoscopic graphite wire
我们研究了置于氧化硅衬底上的细石墨丝的磁输运性质。电场效应证明与背和侧栅电极。我们研究了电导涨落随栅压、磁场和温度的变化。从弱局域化提取的相位相干长度大于线的宽度，即使在最低的载流子密度，使系统有效地一维。我们发现，相位相干长度线性增加的电导率表明，在1.7 K的退相主要源于电子-电子相互作用。
2007-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable transmission of quantum Hall edge channels with full degeneracy lifting in split-gated graphene devices
量子霍尔机制中的载流子通过沿二维电子气边缘形成的一维导电通道传播。通过门可调收缩（也称为量子点接触（QPC））控制它们的传输是许多相干传输实验的基础。然而，在石墨烯中，由于在栅电极下方形成pn结，电子和空穴边缘沟道沿着所述结共同传播和混合，从而使收缩部短路，因此定制具有静电栅极的QPC仍然具有挑战性。在这里，我们表明，由于朗道能级的完全简并提升，这种电子-空穴混合在高迁移率氮化硼/石墨烯/氮化硼范德华异质结构中急剧减少，从而实现具有全沟道夹断的QPC操作。我们证明了门可调的选择性传输的量子霍尔边缘通道通过QPC，无论是在整数和分数量子霍尔制度。石墨烯范德瓦尔斯异质结构中边缘通道传播的这种门控打开了石墨烯的整数和分数量子霍尔制度中的量子霍尔干涉和电子量子光学实验的大门。
2017-03-05 cond-mat.mes-hall
Two-Dimensional Magnetotransport in a Black Phosphorus Naked Quantum Well
黑磷（bP）是第二种已知的具有层状晶体结构的元素同素异形体，其可以机械剥离至原子层厚度。我们已经制造了bP裸量子阱的背栅场效应晶体管的几何形状与bP的厚度范围从$6\pm1$ nm到$47\pm1$ nm。使用封装聚合物覆盖层，我们已经抑制了bP氧化，并观察到场效应迁移率高达600厘米$^2$ /Vs和开/关电流比超过$10^5$。重要的是，在高达35 T的磁输运测量中观察到的Shubnikov-de Haas（SdH）振荡揭示了在bP/氧化物界面的积累层中存在具有薛定谔费米子特征的2-D空穴气。我们的工作证明了二维电子结构和二维原子结构是相互独立的。二维载流子限制可以在层状半导体材料中实现，而不必接近原子层厚度，这对于在少数层限制中变得越来越反应性的材料例如bP是有利的。
2014-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of magnetotransport in shaped topological insulator nanowires
我们表明，形状的拓扑绝缘体（TI）纳米线，即，使其横截面半径沿导线长度变化，可以被调谐到一些不同的运输制度时，沉浸在一个均匀的同轴磁场。这与广泛研究的具有恒定横截面的管状纳米线形成对比，并且是由于狄拉克表面载流子的磁约束。在平坦的2D系统中，这样的限制需要非均匀磁场，而对于标准尺寸的成形纳米线，$B\sim\,1$ T量级的均匀场就足够了。我们把最近的工作[Kozlovsky等人，物理修订版信函124，126804（2020）]中，并将其扩展到更广泛的背景中，以处理具有任意径向轮廓的轴对称线几何形状。哑铃形TI纳米线被用作通过收缩传输的范例，并且被示出为可调谐成五种不同的传输机制：（i）电导阶跃，（ii）共振传输，（iii）电流抑制，（iv）库仑阻塞，以及（v）通过三重量子点传输。通过调制同轴磁场的强度来实现状态之间的切换，并且不需要导线横截面的严格轴对称。因此，它应该是可观察到的TI纳米线制造可用的实验技术。
2020-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Charge sensing in enhancement mode double-top-gated metal-oxide-semiconductor quantum dots
量子点的横向耦合电荷感测是高度期望的，因为即使当通过量子点本身的传导被抑制时，它也能够进行测量。在这项工作中，我们证明了这样的电荷传感在一个双顶栅MOS系统。通过一个点接触收缩附近的量子点集成的电流显示出急剧的2%的变化，对应于点和附近的铅之间的电荷跃迁。我们提取的电荷传感器和量子点之间的耦合电容，我们表明，它符合集成传感器和量子点系统的三维电容模型。
2009-09-18 cond-mat.mes-hall
Two-dimensional semimetal in a wide HgTe quantum well: magnetotransport and energy spectrum
本文报道了宽为20.2nm的碲化汞量子阱异质结的磁阻效应、霍尔效应和舒布尼科夫-德哈斯效应的实验研究结果。在包括电荷中性点附近的宽范围的电子和空穴密度上对门控样品进行测量。通过对实验数据的分析，我们得出结论：能谱与在$kP$模型框架下计算的结果有很大的不同。因此，空穴的有效质量近似等于$0.2 m_0$，并且实际上与直到$k^2\gtrsim 0.7\times 10^{12}$ cm $^{-2}$的准动量（$k$）无关，而理论预测直到$k^2=6\times 10^{12}$ cm $^{-2}$的负（类电子）有效质量。在空穴能谱为类电子的k=0附近，实验有效质量接近于$-0.005 m_0$，而理论值约为$-0.1 m_0$ .
2012-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Voltage control of frequency, effective damping and threshold current in nano-constriction-based spin Hall nano-oscillators
通过微磁模拟研究 VCMA 与栅极宽度对 W/CoFeB/MgO 纳米收缩 SHNO 的调控，发现宽度匹配时有效阻尼可提升一个数量级，从而实现宽频高效电压控制。
2022-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.app-ph
Quantum Hall effect in dual-gated graphene bilayers with tunable layer density imbalance
我们研究了双栅石墨烯双层膜的磁输运性质，其中总密度和层密度不平衡独立控制。由于双层是不平衡的，我们观察到的量子霍尔态（QHS）的出现在填充因子$ν=0$表明在霍尔电导率的平台，与电子和空穴带之间的间隙的开放。通过改变层密度不平衡在固定的总密度，我们观察到的QHS在填充因子$ν=8$和$ν=12$层密度平衡时，在方差与理论预期的电子-电子相互作用和无序的情况下观察到的抑制。
2009-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Landau Level Collapse in Gated Graphene Structures
我们描述了一个新的制度的磁输运在二维电子系统中存在的一个狭窄的势垒施加的外部门。在这样的系统中，朗道能级状态，局限于势垒区中的强磁场，经历一个退禁闭的领域是降低过渡。我们目前的运输测量显示Shubnikov-de Haas（SdH）的振荡，在单极制度，突然消失时的磁场的强度降低到一定的临界值以下。这种行为是由封闭的回旋加速器轨道转化为开放的，deconfined轨迹的半经典分析解释。比较SDH型共振的局域态密度。
2010-03-11 cond-mat.mes-hall
Contacts and upstream modes explain the electron-hole asymmetry in the graphene quantum Hall regime
在高磁场下通过石墨烯器件传输的电子-空穴不对称性的观察挑战了石墨烯量子霍尔效应的流行模型。在这里，我们研究这种不对称性，在传统的磁输运和扫描门显微镜测量的封装石墨烯收缩地图。我们发现，上游模式和局部掺杂的存在下，在附近的电接触导致一个完全不同的图片的拓扑击穿的电子和空穴，解释所观察到的不对称性。
2021-03-18 cond-mat.mes-hall
Quantum Hall Effect and Quantum Point Contact in Bilayer-Patched Epitaxial Graphene
我们研究了外延单层石墨烯双层夹杂物通过磁输运测量和扫描门显微镜在低温下。我们发现，双层夹杂物可以是金属或绝缘的初始和门控载流子密度的依赖。金属双层作为边缘电流的等电位短路，而紧密间隔的绝缘双层引导电子在单层收缩，这是局部门控使用扫描门探针的流动。
2014-10-27 cond-mat.mes-hall
Tuning of quantum interference in top-gated graphene on SiC
我们报告的量子干涉测量在顶部栅霍尔条的单层石墨烯外延生长在Si面的SiC，其中实现了从负到正的磁阻的转变，不同的温度和电荷密度。系统地研究了准粒子量子干涉和电子-电子相互作用对磁电阻效应的量子修正。我们分析了影响磁输运的不同散射机制在$-2.0 \times 10^{10}$ cm $^{-2}$到$3.75 \times 10^{11}$ cm $^{-2}$密度区域的贡献，并发现电荷密度对谷内散射时间的显著影响。此外，我们观察到调制的电子-电子相互作用的电荷密度不占目前的理论。我们的研究结果阐明了量子输运在基于SiC的器件中的作用，这将与基于石墨烯的相干电子技术的发展相关。
2013-11-28 cond-mat.mes-hall
Molecular Switching Operation in Gate Constricted Interface of MoS$_2$ and hBN Heterostructure
用于半导体界面的组合的不同二维（2D）材料对于电可控载流子限制以实现优异的静电控制是有吸引力的。研究了多层二硫化钼和六方氮化硼（MoS $_2$ /h-BN）异质界面的输运特性，发现电荷转移开关（CTS）高度依赖于沟道中的局部栅收缩和偏压.值得注意的是，CTS被证明是控制在分子水平上通过电可调门控收缩。由于暴露十亿分之100的二氧化氮气体而导致的电导的显著变化导致10 2的高开/关比，用于完全关闭通道，因此充当分子开关。第一性原理计算进一步解释了分子CTS在器件中的作用机理。CTS的分子可调性以前没有报道在任何的范德华半导体接口。我们的发现开辟了途径，利用各种原子薄异质结构的介观输运现象，在室温下的分子开关操作。
2021-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mapping the phase diagram of the quantum anomalous Hall and topological Hall effects in a dual-gated magnetic topological insulator heterostructure
我们使用双栅极磁性拓扑绝缘体异质结构中的磁输运绘制出拓扑霍尔和量子反常霍尔效应的相图作为化学势（主要由背栅电压决定）和非对称势（主要由顶栅电压决定）的函数。包括表面态和价带量子阱态的理论模型允许的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用和载流子密度与栅极电压的变化的评价。实验和理论之间的定性协议提供了强有力的证据，拓扑霍尔效应的存在，在研究系统中，开辟了一条新的路线，理解和操纵手征磁自旋纹理在真实空间。
2021-03-11 cond-mat.mes-hall
Fabrication of voltage gated spin Hall nano-oscillators
我们展示了一种优化的电场（电压门）控制的纳米收缩自旋霍尔纳米振荡器（SHNO）的制造工艺，实现了特征尺寸<30 nm，易于处理的ma-N 2401电子束光刻负性抗蚀剂。对于纳米级电压门，我们利用两步倾斜离子束蚀刻方法和通孔封装，使用30 nm<sub>HfOx</sub>。与无倾斜相比，优化的倾斜蚀刻工艺减少了75%的侧壁。此外，<sub>HfOx封装</sub>避免了任何侧壁分流并改善了栅极击穿。我们的实验结果表明，W/CoFeB/MgO/<sub>SiO2</sub>SHNO的显着的频率调谐（6 MHz/V），即使在中等的垂直磁各向异性。直径为45 nm的圆形图案，实现了80%的人口的纵横比优于0.85。优化的制造工艺允许将大量的单个门与SHNO阵列接口，用于非常规计算和密集的自旋电子神经网络。
2021-11-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Evidence for Charging Effects in CdTe/CdMgTe Quantum Point Contacts
在这里，我们报告的制作和低温磁输运测量的量子点接触图案从一个新的二维电子系统- CdTe/CdMgTe调制掺杂异质结构。从温度和偏压的依赖性，我们归因于报告的数据的证据弱束缚态，这是自然形成的CdTe量子收缩内由于充电效应。我们认为，自发引入的开放点是负责取代平坦的电导平台的准周期共振振幅小于2 e ^{2}/h，在我们的系统中发现。此外，低于1 K的模式较弱的电导峰，叠加在较宽的共振，也被观察到。
2012-04-23 cond-mat.mes-hall
Two-dimensional hole transport in ion-gated diamond surfaces: A brief review
导电金刚石是下一代电子、热学和电化学应用的有希望的候选材料。其开发的主要障碍之一是它的一些关键物理特性-如载流子迁移率和超导转变温度-在引入无序时会发生强烈的退化。这使得二维空穴气在其表面诱导的电场效应掺杂从基本和应用的角度来看，特别有趣，因为它大大减少了非本征无序的量相对于标准的硼取代。在这篇简短的综述中，我们总结了迄今为止在通过离子门控技术控制不同场效应掺杂金刚石表面的电输运性质方面取得的主要成果。我们分析了离子门控如何调整它们的电导率，载流子密度和迁移率，并驱动不同的表面跨越绝缘体到金属的过渡。我们回顾了它们的强取向依赖的磁输运性质，特别关注（100）表面所示的门可调自旋轨道耦合。最后，我们讨论了由密度泛函理论计算预测的在（110）和（111）面的场致超导性的可能性。
2019-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Fabry-Pérot interferometry with gate-tunable 3D topological insulator nanowires
三维拓扑绝缘体（3D TI）纳米线表现出各种有趣的磁输运性质，这些性质可以归因于它们的自旋动量锁定表面态，如准弹道输运和Aharonov-Bohm振荡。在这里，我们专注于3D TI纳米线的输运特性与门控部分，形成一个电子法布里-珀罗（FP）干涉仪，可以调整作为一个表面态过滤器或能量障碍。通过调整线的选通部分的载流子密度和长度，可以控制干涉图案，并且纳米线可以对于某些拓扑表面状态输入模式变得完全透明，同时完全过滤掉其他模式。我们还考虑了FP干扰与外部磁场的相互作用，利用该磁场可以诱导Klein隧穿，以及门控部分的横向不对称性，例如，由于顶部栅结构，其显示与Rashba纳米线的有趣类比。由于其丰富的电导现象，我们提出了一个3D TI纳米线与门控部分作为一个理想的设置为一个详细的输运为基础的表征3D TI纳米线的表面状态附近的狄拉克点，这可能是有用的实现3D TI纳米线为基础的拓扑超导性和马约拉纳束缚态。
2021-09-05 cond-mat.mes-hall
Gating of two-dimensional electron systems in InGaAs/InAlAs heterostructures: the role of the intrinsic InAlAs deep donor defects
我们提出了一个门控InGaAs/InAlAs异质结构，器件平台，实现半导体中的自旋轨道功能的分析。从我们的磁输运实验推导出的唯象模型，使我们能够关联的门响应所研究的二维电子系统异质结构的设计参数，特别是铟浓度。我们解释了亚稳态静电配置的发生，表现出减少电容耦合，并提供栅极操作策略，以达到经典的场效应控制在这样的异质结构。我们的研究突出了本征InAlAs深施主缺陷的作用，因为它们通过电荷捕获和无意隧穿来控制栅极电压变化的静电响应的动态。
2021-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Characterization of InSb quantum wells with atomic layer deposited gate dielectrics
我们报告的磁输运测量的门控InSb量子阱（QW）与高品质的Al 2 O3陶瓷（40 nm厚）的原子层沉积生长。磁阻数据表明，在零栅压（Vg）的样品中的平行导电沟道。Al 2 O3和InSb顶层之间的良好界面确保了平行沟道在负Vg处耗尽，并且QW中的二维电子密度由Vg以6.5 × 1014 m-2 V-1的大比率调谐，但在大的负Vg处饱和。这些发现与自洽薛定谔-泊松模拟和双载流子模型所提出的量子阱的层结构密切相关。
2012-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron transport in dual-gated three-layer MoS$_2$
少层MoS $_2$的低能带结构与从光学到电子输运的各种实验有关。由于其复杂的多波段特性，其表征仍然具有挑战性。通过磁输运实验研究了双栅三层MoS $_2$的导带。总载流子密度通过施加在MoS $_2$与顶部和底部栅电极之间的电压来调谐。对于不对称偏置的顶栅和底栅，电子在最靠近正偏置电极的层中积累。这样，三层MoS $_2$可以被调整为像单层一样的电子行为。相反，在两个栅极上施加正电压导致所有三个层的占用。我们的分析Shubnikov-de Haas振荡起源于不同的频带，让我们属性的顶层和底层的相应的载流子密度。我们发现了一个双重的朗道能级简并为每个带，这表明导带的最小值位于第一布里渊区的$\pm K$点。这与零层不对称的能带结构计算相反，零层不对称的能带结构计算报告在$Q$点处的最小值。即使层间隧道耦合似乎离开低能量导带不受影响，我们观察到零层不对称的最外层之间的电子散射。由于自旋谷对称性，中间层保持去耦，这对于相邻层是反转的。当最外层的能带在能量上共振时，发生层间散射，导致增强的电阻和磁带间振荡。
2021-04-29 cond-mat.mes-hall
In-plane gate induced transition asymmetry of spin-resolved Landau levels in InAs-based quantum wells
本文研究InAs基量子阱中面内栅电场对自旋分辨朗道能级跃迁的影响，通过静电调控边缘通道实现自旋极化分离，并揭示横向电场方向改变导致量子霍尔平台跃迁偏移约0.1 T的自旋相关机制。
2024-02-07 cond-mat.mes-hall
Massless Dirac fermions in III-V semiconductor quantum wells
我们报道了在基于III-V族半导体的二维系统中存在无质量狄拉克费米子的明确证据。利用在InAs/GaSb/InAs三层量子阱上制作的门控霍尔条，我们通过磁输运恢复了朗道能级的扇形图，并明确地证明了样品中的无带隙态.在不同电子浓度下的回旋共振测量直接表明在布里渊区的$Γ$点处存在线性带交叉。通过对实验数据的分析，我们不仅可以确定无质量狄拉克费米子的速度$v_F=1.8\cdot10^5$ m/s，而且还可以证明在高能时存在显著的非线性色散.
2019-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dirac-screening stabilized surface-state transport in a topological insulator
我们报告的门控应变碲化汞器件的磁输运研究。这种材料是一种三维拓扑绝缘体，并且只表现出表面态输运。值得注意的是，朗道能级色散和霍尔量子化的精度在很宽的密度范围内保持不变（$3 \times 10^{11} cm^{-2} < n < 1 \times 10^{12} cm^{-2}$）。这意味着，即使在大的载流子密度的运输是表面状态为主，其中散装运输预计已经共存。此外，密度依赖性的狄拉克型量子霍尔效应允许识别的贡献，从各个表面。一个$k \cdot p$模型可以描述的实验，但只有当假设一个陡峭的带弯曲的区域，其中包含的拓扑表面状态。这种陡峭的电势源于狄拉克系统的特定屏蔽特性，并导致栅极电压影响狄拉克点的位置，而不是费米能级的位置。
2014-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Mechanically Tunable Quantum Dot in a Graphene Break Junction
石墨烯量子点（QD）作为下一代量子电子器件的平台被广泛研究。在单层石墨烯QD中的传输性质的微调，特别是相对于隧道势垒的独立调制，仍然具有挑战性，并且通常使用静电门控来解决。我们研究了背栅石墨烯机械断裂结中的电荷输运，揭示了当石墨烯收缩中的纳米间隙打开时，单个高质量量子点的库仑阻塞物理特性。通过机械控制新形成的石墨烯纳米间隙的距离，我们实现了隧道耦合到漏电极的可逆可调谐性达五个数量级，同时保持源极-QD隧道耦合常数。这些发现表明，隧道耦合不对称性可以通过机械调谐旋钮进行显着调制，并对未来石墨烯基设备的开发具有重要意义，包括能量转换器和量子量热计。
2020-02-10 cond-mat.mes-hall
Field-induced insulating states in a graphene superlattice
我们报告的高场磁输运（B高达35 T）上的门控超晶格的基础上排列的六方氮化硼顶部的单层石墨烯。大周期莫尔调制（15 nm）使我们能够在每个超晶格晶胞的一个通量量子附近和之上访问Hofstadter光谱（在B = 22 T时Phi/Phi_0 = 1）。由此我们揭示了除了nu = 0的自旋谷反铁磁体外，在正、负有效磁场中分别从nu = 1和nu = -2量子霍尔态发展出两个绝缘态.我们调查与这些绝缘状态，我们从温度激活的峰值电阻量化的能隙的字段依赖性。利用Phi/Phi_0 = 1的第三代狄拉克费米子局域朗道量子化的简单模型，描述了绝缘态的不同微观起源，并实验测定了出射能隙狄拉克准粒子的能量-动量色散.
2019-02-04 cond-mat.mes-hall
Quantum and Classical Magnetoresistance in Ambipolar Topological Insulator Transistors with Gate-tunable Bulk and Surface Conduction
在拓扑绝缘体（TI）中，弱反局域化（WAL）和线性磁电阻（LMR）是两种最常见的磁电阻（MR）现象，它们通常被归因于Dirac拓扑表面态（TSS）。然而，存在模糊性，因为这些现象也可能来自体状态（通常在许多TI中进行显著的传导），并且即使在非TI材料中也可以观察到。在这里，我们展示了背栅双极TI场效应晶体管的（Bi0.04Sb0.96）2Te3薄膜生长的SrTiO 3（111），表现出大的载流子密度可调性（近2个数量级）和金属绝缘体的转变，在散装（允许有效地切断散装传导）。将费米能级从体能带调谐到TSS强烈地增强了WAL（将量子相干通道的数量从一个增加到大约两个峰值）和LMR（将其斜率增加高达10倍）两者。SS增强的LMR伴随着强烈的非线性霍尔效应，这表明电荷不均匀性（以及相关的经典LMR）的重要作用，尽管现有的LMR模型不能捕捉到我们数据的所有方面。我们系统的门和温度相关的磁输运研究提供了更深入的了解MR现象的性质，并揭示了TI相关材料的体和TSS运输之间的差异。
2014-02-19 cond-mat.mes-hall
Quantum oscillations in a hexagonal boron nitride-supported single crystalline InSb nanosheet
在六方氮化硼（hBN）介质/石墨栅结构上外延生长独立的InSb纳米片，制成门控霍尔栅器件，并通过低温下的栅转移特性和磁输运测量研究了InSb纳米片的电子输运特性。测量结果表明，InSb纳米片中的载流子是电子，石墨栅可以高效地调节InSb纳米片中的载流子密度。在InSb纳米片中的电子的迁移率提取从低场magentotransport测量和迁移率超过~18000 cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$的值被found. High-field magentotransport测量显示良好定义的Shubnikov-de Haas（SdH）振荡的InSb纳米片的纵向电阻。的SdH振荡的温度依赖性的测量进行和关键的传输参数，包括电子有效质量m $^*$ $\sim$ 0.028 m $_0$和量子寿命$τ$ $\sim$ 0.046 ps，在InSb纳米片提取。这是第一次，这样的实验测量已被报道为独立的InSb纳米片和所获得的结果表明，InSb纳米片/hBN/石墨栅极结构可用于开发先进的量子器件，用于新的物理研究和量子技术的应用。
2022-08-19 cond-mat.mes-hall
