Non-equilibrium breakdown of quantum Hall state in graphene
在这份报告中，我们通过注入高电流密度（$\sim$ 1 A/m），实验探测单层石墨烯中量子霍尔态的非平衡击穿。在整数填充因子附近测得的无耗散输运的临界电流显示填充因子的依赖性。的击穿可以理解的朗道能级（LL）之间的散射，从不同的LL的波函数的混合。为了进一步研究横向电场的影响，我们测量了不同偏置电流下$ν=2$到$ν=6$平台跃迁之间的横向电阻，并观察到一个不变点。
2009-08-01 cond-mat.mes-hall
Breakdown of self-cleaning mechanism for nanoscale interfacial substances in tiny-angle twisted bilayer graphene
通过堆叠二维（2D）层来实现具有定制特性的高质量范德华（vdW）异质结构需要原子级清洁的界面。由于组成层之间的强粘附力，vdW力可以将捕获的污染物一起驱动成亚微米尺寸的气泡，这使得大的界面区域原子级清洁。这种现象被称为2D系统中的自清洁机制。在这里，我们证明了自清洁机制的纳米级界面气泡在微小角度扭曲的双层石墨烯（TBG）的故障。在微小角度TBG中，由于结构重构，存在域边界的三角形网络。我们的实验表明，当气泡的尺寸与TBG中的AA堆叠区域的尺寸相当时，气泡将主要沿着畴边界的三角形网络移动。当气泡的尺寸小于AA堆积区的尺寸时，气泡由于其较大的面外位移而变得静止并固定在AA堆积区中。我们的研究结果揭示了纳米级界面物质的运动的莫尔超晶格的实质性影响。
2023-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Reversible Fluorination of Graphene: towards a Two-Dimensional Wide Bandgap Semiconductor
我们报告了石墨烯氟化物的合成和证据，石墨烯是一种二维宽带隙半导体。氟化石墨烯表现出六方晶序和强绝缘行为，在室温下电阻超过10 G $Ω$。氟化石墨烯中的电子输运通过由于带隙中的局域态的存在而在二维中的可变范围跳跃来很好地描述。通过还原氟化石墨烯获得的石墨烯是高度导电的，在室温下表现出小于100 k $Ω$的电阻率。我们的方法提供了一种新的途径，可逆工程的能带结构和导电性的石墨烯的电子和光学应用。
2010-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunneling characteristics of graphene
分别观察到了双端石墨烯器件在电击穿前后的负微分电导和隧穿特性。前者是由高电场下的强散射引起的，后者是由于石墨烯沟道中的隧穿势垒的出现引起的，该隧穿势垒是由于击穿导致的从结晶石墨烯到无序石墨烯的结构转变引起的。使用拉曼光谱和成像，非均匀无序石墨烯的存在被证实。100000%ON/OFF比的存储器开关效应被证明在隧道制度，可以在各种应用中。
2011-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Breakdown of continuum mechanics for nanometer-wavelength rippling of graphene
了解材料的机械行为如何在纳米尺度上偏离宏观上建立的概念，这对石墨烯来说是一个特别重要的关键挑战，因为它的纳米尺度形态和电子特性之间存在复杂的相互作用。在这项工作中，（亚）纳米波长的周期性波动的悬浮石墨烯纳米膜已实现的热应变工程和研究使用扫描隧道显微镜。这使我们能够探索波长与晶格常数相当的晶体膜的波纹。观察到的纳米波纹模式违反了连续介质模型的预测，并证明了石墨烯单层的板理想化的故障。然而，微观模拟的基础上的量子力学描述的化学结合准确地描述了所观察到的波纹模式，并阐明了连续模型击穿的起源。空间分辨的隧道光谱测量表明纳米粒子对石墨烯的局部电子结构产生了重大影响，并揭示了一维电子超晶格的形成。
2012-10-25 cond-mat.mes-hall
Puddle-induced resistance oscillations in the breakdown of the graphene quantum Hall effect
我们报告的稳定性的量子霍尔平台宽霍尔酒吧从化学门控石墨烯薄膜生长在SiC。$ν=2$量化平台从场$B \simeq 5$ T出现并持续到$B \simeq 80$ T。在高电流密度下，在击穿制度，纵向电阻振荡的$1/B$周期性和异常的阶段，我们涉及到额外的电子水库的存在。高场实验数据表明，这些水库诱导的载流子密度的连续增加到最高的可用磁场，从而扩大了量子平台。这些面内不均匀性以高载流子密度石墨烯袋的形式调制量子霍尔效应击穿并降低击穿电流。
2016-11-24 cond-mat.mes-hall
Non-ohmic to ohmic crossover in the breakdown of the quantum Hall states in graphene under broadband excitations
本研究通过高迁移率石墨烯Corbino器件在宽带激发下的实验，发现量子霍尔态击穿由非欧姆变程跳跃到欧姆焦耳热主导的交叉控制，并利用VRH测温区分冷热电子区域。
2025-10-09 cond-mat.mes-hall
Landau velocity for collective quantum Hall breakdown in bilayer graphene
量子霍尔效应（QHE）的击穿通常与接近朗道能级间（LL）齐纳场的电场、朗道带隙与回旋半径的比值相关联。在半导体异质结构中，尽管进行了广泛的研究，但本文使用高迁移率双层石墨烯和高频电流噪声报道了固有齐纳极限。我们表明，电子-电子相互作用所产生的集体激发是必不可少的。在无噪声弹道QHE机制之外，大的超泊松散粒噪声通过LL间散射发出击穿信号。在声子和杂质散射被淬灭的情况下，击穿最终受到集体激发的限制。其破裂机制与超流体的Roton机制有很强的相似性，可用Landau临界速度来描述。
2018-05-15 cond-mat.mes-hall
Born-Oppenheimer Breakdown in Graphene
Born-Oppenheimer近似（BO）已被证明是精确测定各种金属体系中的化学反应、分子动力学和声子频率的有效方法。最近发现的处于自由状态的石墨烯是一种零带隙半导体，如果施加栅极电压Vg来调谐费米能，则石墨烯变成金属。费米能附近的石墨烯电子具有二维无质量色散，由狄拉克锥描述。在这里，我们表明，Vg的变化诱导硬化的拉曼G峰（即区域中心E2 g光学声子），这不能在BO内描述。事实上，E2 g振动会导致倒易空间中狄拉克锥的刚性振荡。如果电子随狄拉克锥振荡运动，就不会观察到声子频率的变化。相反，由于费米能级附近的电子动量弛豫比声子运动慢得多，电子不遵循狄拉克锥位移。这使BO失效，并导致观察到的声子硬化。BO的这一壮观的失败是相当重要的，因为BO从量子力学的早期就一直是确定晶体振动的基本范式。
2006-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Breakdown and Anomalous Quantum Oscillation in Rhombohedral Tetralayer Graphene
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）
研究电子掺杂菱形四层石墨烯中范霍夫奇点附近的磁击穿，识别出反常舒布尼科夫-德哈斯效应，证实其可作为费米面几何的探针，或可解释近期相关量子振荡实验。
2026-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magneto-exciton limit of quantum Hall breakdown in graphene
本文在单层石墨烯中重现了量子霍尔击穿实验，发现磁激子不稳定性机制在击穿速度上具有相对论特征，并基于理论计算证明多普勒诱导的不稳定性由霍尔电导设定的ME电导率普适值决定。
2023-03-10 cond-mat.mes-hall
Breakdown of the static approximation for free carrier screening of excitons in monolayer semiconductors
本文研究了二维单层半导体中激子态的自由载流子屏蔽问题。基本的理论考虑的适用性，常用的静态近似的屏蔽效果和影响进行了讨论。我们发现，低频模型导致一个重大的高估的自由载流子响应，并不足以描述单层材料中的强束缚激子的筛选。所提出的论点与现有的高层次多体理论是一致的，并透明地说明了潜在的物理。
2018-07-23 cond-mat.mes-hall
Effect of Edge Roughness on Electronic Transport in Graphene Nanoribbon Channel Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors
报道了量子力学模拟结果，研究了石墨烯纳米晶金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）中边缘无序对输运的影响。边缘无序的添加显著降低了导通状态电流并增加了截止状态电流，并且在器件之间引入了广泛的可变性。这些效果会随着色带宽度的增加和边缘的平滑而减小。然而，带隙随着宽度的增加而减小，从而增加了带间隧穿介导的亚阈值漏电流，即使是完美的纳米带。这些结果表明，如果在制造过程中没有原子级精确的边缘控制，通过使用石墨烯来实现MOSFET性能增益将是困难的。
2007-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hot-carrier thermal breakdown and S-type current-voltage characteristics in perforated graphene structures
本文研究由GNR桥连接的叉指GMR阵列构成的PGL，揭示载流子加热与热离子发射正反馈导致的热载流子热击穿及S型I-V特性，指出其在室温开关和辐射探测器中的应用潜力。
2025-03-18 cond-mat.mes-hall
Detection of High Energy Ionizing Radiation using Deeply Depleted Graphene-Oxide-Semiconductor Junctions
石墨烯的线性能带结构和二维态密度为感测电荷提供了隐含的优势。这里，这些优点在深度耗尽的石墨烯-氧化物-半导体（D2 GOS）结检测器架构中被利用，以感测由电离辐射产生的载流子。具体而言，硅基D2 GOS结的室温响应进行了分析，在用20 MeV的Si 4+离子辐照期间。证明了12-1200离子剂量范围内的检测，器械功能保持不变，没有实质性退化。为了理解器件响应，D2 GOS像素在辐照后通过电表征、拉曼光谱和光电流映射的组合来表征。这种组合的表征方法强调了辐照对石墨烯造成的可辨别的损伤的缺乏，同时突出了入射离子和硅吸收剂之间的相互作用的性质。
2022-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Breakdown of the Law of Reflection at a Disordered Graphene Edge
反射定律指出，光滑的表面镜面反射波，从而作为一面镜子。只要无序的长度尺度小于波长，该定律对无序不敏感。单层石墨烯在低能量下表现出线性色散，因此具有发散的费米波长。我们提出的证据表明，对于一个无序的石墨烯边界，共振散射无序的边缘模式的结果在扩散电子反射，即使当电子波长远长于无序相关长度。利用数值量子输运模拟，我们证明了这种现象可以观察到一个非局域电导下降的磁聚焦实验。
2018-09-25 cond-mat.mes-hall
Effect of doping on hot-carrier thermal breakdown in perforated graphene metasurfaces
本文研究掺杂对穿孔石墨烯超表面热载流子热击穿S形伏安特性的影响，揭示相关电热正反馈机制，为优化该类结构的电子、光电器件提供框架。
2025-11-14 cond-mat.mes-hall
Single Layer Behavior and Its Breakdown in Twisted Graphene Layers
我们报告了高磁场扫描隧道显微镜和朗道能级光谱的扭曲石墨烯层生长的化学气相沉积。当扭转角超过~3度时，低能载流子表现出无质量狄拉克费米子的朗道能级谱特征。在20度以上，层有效地去耦，并且电子性质与单层石墨烯中的电子性质不可区分，而对于较小的角度，我们观察到载流子速度的减慢，这是强烈的角度依赖性。在最小的角度的频谱占主导地位的扭曲诱导范霍夫奇异性和狄拉克费米子最终成为本地化。观察到意想不到的电子-空穴不对称性，其显著大于单层或非扭曲双层石墨烯中的不对称性。
2010-10-19 cond-mat.mes-hall
Breakdown of Fast Water Transport in Graphene Oxides
报道了石墨烯层或碳纳米管之间的层间通道内的水的快速滑移流动。我们在这里报告说，这种流速增强（超过两个订单）打破了存在的化学功能化和松弛的纳米限制在氧化石墨烯。分子动力学模拟的结果表明，流体力学适用于这种情况下，即使在长度尺度下降到纳米。然而，修正的滑移边界条件和粘性的nanobined流必须包括作出定量预测。结合液态水和氢键网络的结构特征对上述结果进行了讨论。
2013-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Phase-space for the breakdown of the quantum Hall effect in epitaxial graphene
我们报道了由聚合物栅控外延石墨烯在SiC（SiC/G）上的量子霍尔效应击穿所定义的相空间作为温度、电流、载流子密度和磁场的函数，最高可达30 T。在2K击穿电流（$I_c$）几乎两个数量级以上的GaAs器件进行观察。无耗散态（$ρ_{xx}=0$）的相边界显示出（1- $(T/T_c)^2$）依赖性，并且在29 T下持续到$T_c>45K$。在磁场下，发现$I_c$增加$\propto B^{3/2}$和$T_c \propto B^{1.88}$。当费米能接近狄拉克点时，由于载流子密度的强磁场依赖性，$ν=2$量子化霍尔平台从低至1 T直到至少19 T连续出现。
2013-04-17 cond-mat.mes-hall
Multicolor Graphene Nanoribbon/Semiconductor Nanowire Heterojunction Light-Emitting Diodes
本文首次报道了一种新型的石墨烯纳米管（GNR）/半导体纳米线（SNW）异质结发光二极管。GNR和SNW具有面对面的接触结构，具有较大的有源区的优点。在我们的情况下，采用ZnO，CdS和CdSe纳米线。在正向偏压下，GNR/SNW异质结LED可以发射波长从紫外（380 nm）到绿光（513 nm）再到红光（705 nm）的光，这取决于所涉及的SNW的带隙。讨论了GNR/SNW异质结LED的发光机理。我们的方法可以很容易地扩展到其他半导体纳米材料。此外，我们的成就打开了下一代显示技术的大门，包括便携式，“透视”和舒适的产品。
2011-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imaging the breakdown of ohmic transport in graphene
欧姆定律描述了电流密度与电场的比例关系。在固态导体中，欧姆定律出现是由于电子散射过程使电流松弛。在这里，我们使用氮空位中心磁力直接图像的局部击穿欧姆定律在一个狭窄的收缩制造的高迁移率石墨烯单层。欧姆流动在室温下是可见的，因为电流集中在收缩边缘，流动曲线完全由样品的几何形状决定。然而，当温度降低到200 K以下时，电流集中在收缩中心附近。在流动模式的变化是一致的交叉从扩散到粘性电子输运为主的电子-电子散射过程，不放松电流。
2020-03-12 cond-mat.mes-hall
Electromagnetic Waves Reflectance of Graphene -- Magnetic Semiconductor Superlattice in Magnetic Field
在考虑耗散过程的Faraday几何下，对置于磁场中的石墨烯-磁性半导体-石墨烯超晶格的电动力学性质进行了理论研究。采用传输矩阵法计算了不同周期数和不同周期尺寸的超晶格对电磁波的反射率、透射率和吸收率随频率和场的变化关系。石墨烯-磁性半导体-石墨烯超晶格的电动力学性质的有效控制的可能性已经被证明。
2014-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Carrier transport in reverse-biased graphene/semiconductor Schottky junctions
反向偏置的石墨烯（Gr）/半导体肖特基二极管表现出更高的气体传感灵敏度。然而，跨结的载流子输运尚未完全理解。在这里，Gr/SiC，Gr/GaAs和Gr/Si肖特基结在反向偏压下的温度依赖的电流-电压测量进行了研究。随着反向偏压的增加，势垒高度的减少，观察到所有的结，这表明电场增强的电子发射。对反向电流的场依赖性的进一步分析表明，虽然Gr/SiC肖特基结中的载流子输运遵循Poole-Frenkel机制，但Gr/Si和Gr/GaAs结中的载流子输运偏离了Poole-Frankel机制和肖特基机制，特别是在低温和低场下。
2015-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric-field-driven conductance switching in encapsulated graphene nanogaps
石墨烯在空气或真空中的反馈控制电击穿是制造隧道结、纳米间隙和量子点的公认方式。我们表明，该方法同样适用于使用氢倍半硅氧烷制造的封装石墨烯收缩。氢倍半硅氧烷抗蚀剂在电子束曝光后留下的类二氧化硅层在石墨烯电击穿后保持完整。我们探讨了通过反馈控制击穿制造的石墨烯纳米结构中常见的电导切换行为，并表明它可以归因于封装层下方石墨烯的原子尺度波动。我们的研究结果开辟了新的方法来制造封装的室温单电子纳米器件，并阐明了这些石墨烯纳米器件中电导切换的基本物理机制。
2021-06-28 cond-mat.mes-hall
Revised diode equation for Ideal Graphene-Semiconductor Schottky Junction
本文对石墨烯/半导体肖特基接触的性质进行了理论和实验研究。基于量子统计理论，提出了一个简单的无参数石墨烯/半导体肖特基接触载流子输运模型，并通过量子Landauer理论和第一性原理计算进行了验证.该模型可以很好地解释不同类型石墨烯/半导体肖特基接触样品的实验结果。
2017-01-21 cond-mat.mes-hall
de Haas-van Alphen spectroscopy and fractional quantization of magnetic-breakdown orbits in moiré graphene
本文首次利用SQUID-on-tip对摩尔石墨烯的德哈斯-范阿尔芬磁化振荡进行纳米尺度成像，重建出具有多个重叠费米面的窄摩尔能带，并发现违反Onsager求和规则的振荡，揭示相干磁击穿诱导的粒子-空穴叠加态。
2023-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
Superior dielectric breakdown strength of graphene and carbon nanotube infused nano oils
与基础Transformer油相比，首次实验观察到包含石墨烯纳米片和CNT的纳米油表现出增强的介电击穿强度。包含悬浮在两种不同等级的Transformer油中的不同Gr和CNT样品的变体纳米油在击穿强度方面产生了一致的和高度的增强。利用高电子电导的纳米结构增强流体的绝缘口径的明显的反直觉现象已经被证明是物理上一致的，通过理论分析。关键的机制已被钉点作为有效的电荷清除导致阻碍流光的生长和发展，从而延迟完全电离的概率。提出的数学分析提供了一个全面的图片的机制和物理的电流体力学参与的现象增强击穿强度。此外，该分析能够物理地解释作为系统参数的函数观察到的各种击穿特性，所述系统参数例如纳米结构类型、尺寸分布、相对介电常数、基础流体介电特性、纳米材料浓度和纳米油温度。数学分析已被扩展到提出一个物理和尺寸一致的分析模型来预测这样的纳米油从所涉及的组成材料的性能和特性的增强击穿强度。该模型已被观察到，以准确地预测增强的绝缘性能，从而使其成为一个非常有用的工具，有效的设计和预测的击穿特性的纳米结构注入绝缘流体。
2015-11-14 cond-mat.mes-hall
Magnetic Breakdown in Twisted Bilayer Graphene
我们考虑扭曲双层石墨烯中的磁击穿，其中电子可以在不同层中的半经典$k$ -空间轨迹之间跳跃。这些轨迹内的双布里渊区构成一个网络，其中的$S$矩阵在每个鞍点被用来模拟不同层之间的隧道。整个网络中半经典波函数的匹配决定了能谱。能量远低于鞍点的半经典轨道是每层狄拉克点的朗道能级。这些连续演变成{ \it both}类电子和类空穴能级以上的鞍点能量。可能的实验签名进行了讨论。
2013-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Epitaxial Growth of a Single-Crystal Hybridized Boron Nitride and Graphene layer on a Wide-Band Gap Semiconductor
二维（2D）材料的垂直和横向异质结构为2D材料的物理和应用的开创性研究铺平了道路。通过化学气相沉积（CVD）在单晶金属或金属箔上制备了混杂的六方氮化硼（h-BN）和石墨烯横向结构（异质2D结构）。然而，一旦在金属上制造，h-BN/石墨烯横向结构就需要用于器件应用的附加转移过程，如对于在金属箔上生长的CVD石墨烯所报道的。在这里，我们证明了单晶h-BN/石墨烯横向结构可以在宽禁带半导体SiC（0001）上外延生长。首先，在850 oC下，使用环硼氮烷分子在Si封端的SiC衬底上生长了具有与块状SiC相同取向的单晶h-BN层。其次，当在真空中加热到1150 ℃以上时，h-BN层被部分去除，随后被石墨烯域取代。有趣的是，这些石墨烯域具有与h-BN层相同的取向，从而在整个样品区域上产生单晶h-BN/石墨烯横向结构。对于高于1600 ℃的温度，单晶h-BN层完全被单晶石墨烯层取代。利用低能电子衍射、角分辨光电子能谱和扫描隧道显微镜分别研究了h-BN/石墨烯横向结构的晶体结构、电子能带结构和原子结构。在宽禁带半导体衬底上制造的h-BN/石墨烯横向结构可以直接应用于器件，而无需进一步的转移过程，如对于SiC衬底上的外延石墨烯所报道的。
2015-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realization of room-temperature ferromagnetic semiconducting state in graphene monolayer
室温铁磁半导体在非易失性数字电路中具有重要的应用价值，它可以提供一个理想的系统，使我们可以同时利用电子的电荷和自旋。然而，寻找室温铁磁半导体至今仍只是一个诱人的想法，从未在实践中实现。在这里，我们证明了石墨烯单层，与下面的Ni（111）衬底杂交，是室温铁磁半导体，已经持续了几十年的研究。我们的自旋极化扫描隧道显微镜（STM）的实验，辅以第一性原理计算，明确表明，石墨烯和镍衬底之间的相互作用产生了一个大的间隙在石墨烯，同时导致相对移动之间的多数和少数自旋带。因此，Ni衬底上的石墨烯片即使在室温下也表现出具有几十meV能量的自旋极化带隙。这一结果使室温铁磁半导体的科学和应用成为可能，并为基于石墨烯的新型信息技术带来了希望。
2017-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic transport across quantum dots in graphene nanoribbons: Toward built-in gap-tunable metal-semiconductor-metal heterojunctions
全石墨烯电子器件的成功受到半导体沟道和金属接触的挑战性实现和后续集成的严重阻碍。在这里，我们全面调查的宽度调制异质结的电子输运组成的石墨烯量子点的不同长度和宽度嵌入在一对扶手椅边缘的金属纳米带，最近通过表面合成制造的那种。我们表明，量子点的存在下，使宽度依赖的传输带隙的开放，从而产生内置的一维金属-半导体-金属结。此外，我们发现，在附近的带边，电导是受一个平滑的过渡，从反共振到共振输运制度时，增加沟道长度。这些结果是合理的量子限制效应和量子点之间的竞争方面的铅耦合。总的来说，我们的工作建立了石墨烯量子点纳米架构作为吸引人的平台，无缝集成间隙可调半导体通道和金属接触到一个单独的纳米管，从而实现自包含的碳基电子器件。
2020-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Integrating Graphene into Semiconductor Fabrication Lines
基于二维材料石墨烯的电子和光子器件具有独特的特性，导致出色的性能指标。掌握将这种新的非常规材料集成到现有的半导体生产线中是推动其商业化的关键一步。
2019-12-09 cond-mat.mes-hall
Distance Dependence of the Energy Transfer Rate From a Single Semiconductor Nanostructure to Graphene
纳米发射体和石墨烯单层之间的近场库仑相互作用导致强烈的Förster型共振能量转移和随后的荧光猝灭。在这里，我们调查的距离依赖性的能量转移率从个人，i）零维的CdSe/CdS纳米晶体和ii）二维的CdSe/CdS/ZnS纳米片的石墨烯单层。对于增加的距离$d$，从单个纳米晶体到石墨烯的能量传递速率衰减为$1/d^4$。相比之下，从二维纳米片到石墨烯的能量传递速率的距离依赖性偏离简单的幂律，但通过理论模型很好地描述，该模型考虑了二维量子阱中自由激子的热分布。我们的研究结果表明，精确的距离测量可以在单粒子水平上使用石墨烯为基础的分子统治者和能量转移允许探测在纳米尺度的维度效应。
2015-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A new type of optical biosensor from DNA wrapped semiconductor graphene ribbons
基于在单壁碳纳米管（SWCNT）表面包裹一段双链DNA的光学生物传感器模型（Science 311，508（2006）），我们提出了一种新的传感器设计模型，其中SWCNT被半导体石墨烯带（SGR）取代。利用一个简单的SGRs激子理论，我们研究了DNA二级结构从天然的右手B型到交替的左手Z型的转变。DNA的这种结构相变是这种光学生物传感器在亚细胞水平上从DNA和半导体石墨烯带的工作原理。
2012-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Observation of the Dirac fluid and the breakdown of the Wiedemann-Franz law in graphene
量子多体系统中粒子间的相互作用可以导致流体力学所描述的集体行为。一个这样的系统是在石墨烯中的电荷中性点附近的电子-空穴等离子体，其可以形成强耦合的狄拉克流体。这种准相对论费米子的电荷中性等离子体预计将表现出显着增强的热导率，由于流体力学内的电荷和热流去耦。采用高灵敏度的约翰逊噪声测温法，我们报告的Wiedemann-Franz定律在石墨烯的故障，与热导率的一个数量级大于费米液体理论预测的值。这个结果是狄拉克流体的一个特征，并且构成了量子电子流体中集体运动的直接证据。
2015-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Theory of photoexcited and thermionic emission across a two-dimensional graphene-semiconductor Schottky junction
本文研究了二维石墨烯-半导体肖特基结中的光生载流子输运。我们研究了激发能远低于半导体带隙的单色光的线性响应。该操作机制依赖于在连续照明和零偏压下从石墨烯到二维半导体的光电和电子发射。由于石墨烯中低能载流子的热化瓶颈，光电贡献被发现在近红外激发频率及以下占主导地位的光响应。延长的热化时间提供了一个有趣的机会，以促进绕过热化阶段的层间光生载流子传输。结果，总光响应度随着激发波长而快速增加，使得石墨烯-半导体结对于在电信频率下的光检测有吸引力。
2018-05-30 cond-mat.mes-hall
A wide band gap metal-semiconductor-metal nanostructure made entirely from graphene
生产可扩展的数字石墨烯电子产品的蓝图仍然难以捉摸。目前生产金属化石墨烯网络的方法都受到严格的光刻要求的影响，这些要求阻止了石墨烯的再现性、工艺诱导的无序或可扩展性问题。使用角分辨光电发射，我们已经发现了完全由石墨烯制成的独特的一维金属-半导体-金属结，并且在没有化学功能化或有限尺寸图案化的情况下产生。当石墨烯在SiC上生长时，在这种情况下，当石墨烯被迫在图案化的SiC台阶上生长时，通过利用固有的原子有序的衬底-石墨烯相互作用来产生结。这种可扩展的自下而上的方法使我们能够生产半导体石墨烯带，其宽度精确地定义在几个石墨烯晶格常数内，完全超出现代光刻限制的精度水平。在这项工作中展示的架构是如此强大，在平均电子能带结构的数千个这些图案化的带的变化有几十微米长的长度尺度上几乎没有变化。半导体石墨烯具有拓扑定义的几纳米宽的区域，其能隙在另外连续的金属石墨烯片中大于0.5 eV。这项工作展示了石墨烯-基底相互作用如何可以作为一种强有力的工具来可扩展地修饰石墨烯的电子结构，并开辟了石墨烯电子学研究的新方向。
2012-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Breakdown of the Wiedemann-Franz law in AB-stacked bilayer graphene
我们提出了一个简单的双层石墨烯热电传输理论，并报告了我们的结果的电阻率，热阻率，塞贝克系数，和Wiedemann-Franz比作为掺杂密度和温度的函数。在没有无序的情况下，当接近电荷中性点时，热阻率趋于零;电阻率从零跳到固有的有限值，并且塞贝克系数在相同的极限内发散。尽管这些结果与单层石墨烯的结果相似，但它们的推导要微妙得多。通过包含少量的无序来去除奇异性，这导致出现掺杂密度$0<n<n_c$的“窗口”（其中$n_c$在零无序极限中趋于零），其中严重违反了Wiedemann-Franz定律。
2019-02-27 cond-mat.mes-hall
Thermal hot-carrier breakdown in metasurface structures based on coplanar arrays of graphene microribbons connected with wide-gap bridges
研究石墨烯微带经纳米桥连接的超表面中自加热正反馈引发的热击穿机制，揭示其S形电流-电压特性，并提出可用于快速开关、传感器及太赫兹/红外源等器件。
2025-11-06 cond-mat.mes-hall
Electromagnetic waves reflection, transmission and absorption by graphene - magnetic semiconductor - graphene sandwich-structure in magnetic field: Faraday geometry
从理论上研究了石墨烯-磁性半导体-石墨烯多层结构的电动力学性质。分析了石墨烯-半无限磁性半导体和石墨烯-磁性半导体-石墨烯多层结构中石墨烯层对电磁波传播的影响。计算了这种结构对电磁波的反射率、透射率和吸收率随频率和场的变化关系。分析了结构厚度的尺寸效应。已经显示了通过外部磁场有效控制石墨烯-磁性半导体-石墨烯三明治结构的电动力学性质的可能性。
2014-07-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum transport in chemically functionalized graphene at high magnetic field: Defect-Induced Critical States and Breakdown of Electron-Hole Symmetry
非常规的磁输运指纹在量子霍尔制度（施加磁场从一个到几十特斯拉）在化学功能化的石墨烯的报告。在化学吸附的单原子氧（从0.5%到很少的杂质），朗道能级的电子-空穴对称性被打破，而双峰电导率在低能量的发展，从形成的临界状态由随机网络的缺陷诱导的杂质状态。标度分析暗示存在一个额外的零能量量子化霍尔电导平台，这是不连接到朗道能级的亚晶格对称性破坏的简并提升。这与通常的解释形成了鲜明的对比，并揭开了一个新的游乐场定制的基本特征的量子霍尔效应。
2014-05-15 cond-mat.mes-hall
Graphene-Semiconductor Contact
介绍了石墨烯-半导体结的系统处理。石墨烯费米能级的有限态密度导致石墨烯-半导体界面的奇异电子性质。通常，由于石墨烯的内部势，肖特基-莫特极限和势垒高度的总和规则被违反。通过合并半导体-半导体和金属-半导体结的主要特性，石墨烯-半导体接触可以被认为是前所未有的\emph{semimetal-semiconductor junction}的原型。广义界面方程揭示了石墨烯中载流子密度与结特性的耦合。它将被证明是众所周知的效果，可调势垒高度直接关系到结电容。此外，图像力效应的存在下的势垒可调谐性的相对影响进行了研究。详细讨论了获得结的内建电势、势垒高度和电容的实验方法。通过对实验数据的分析，揭示了石墨烯-硅样品界面处强反型层的形成。
2020-04-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Graphene Schottky diodes: an experimental review of the rectifying graphene/semiconductor heterojunction
在过去的十年中，石墨烯因其独特的优异性能而成为研究最多的材料之一。由于其二维性质，物理和化学性质以及易于操作，石墨烯为下一代电子和传感设备提供了与现有半导体技术集成的可能性。在这种情况下，石墨烯/半导体界面的理解是非常重要的，因为它可以构成一个多功能的独立设备以及更先进的电子系统的构建块。自2004年石墨烯引起科学界的注意以来，器件研究一直集中在更复杂的石墨烯晶体管上，而石墨烯/半导体结尽管重要，但直到最近才开始成为系统研究的主题。因此，对该设备的物理特性和潜力的透彻理解仍然缺失。过去几年的研究表明，石墨烯可以与3D或2D半导体材料形成结，这些半导体材料具有整流特性并表现为优异的肖特基二极管。这些器件的主要创新之处在于肖特基势垒高度可调，这一特性使石墨烯/半导体结成为研究界面输运机制以及在光探测、高速通信、太阳能电池、化学和生物传感等方面应用的重要平台。本文综述了石墨烯/半导体结的研究现状，对模型的尝试和最有前途的应用。
2015-10-14 cond-mat.mes-hall
Exciton-plasmaritons in graphene-semiconductor structures
我们研究了单层电荷掺杂石墨烯中的等离子体激元与由势垒与石墨烯隔开的窄禁带半导体量子阱中的激子之间的强耦合。我们表明，激子和等离子体激元之间的库仑相互作用的结果在混合状态描述的哈密顿量类似的激子极化激元，并推导出激子等离子体激元耦合常数依赖于系统参数。我们数值计算了几种半导体材料激子-等离子体激子色散支的拉比分裂，发现它可以达到50 - 100 meV的值。
2014-08-03 cond-mat.mes-hall
Streamer evolution arrest governed amplified AC breakdown strength of graphene and CNT colloids
本文通过实验探索了通过添加微量石墨烯或CNT以形成稳定分散体来大幅度提高绝缘矿物油的AC介电击穿强度的概念。与基础油相比，注入有这些高电子电导率的纳米结构的纳米油在增强的击穿强度方面显示出优异的AC介电行为。对两种合成的石墨烯和CNT纳米油的实验观察表明，纳米材料不仅提高了平均击穿电压，而且显著提高了油在交流高压应力下的可靠性和存活概率。通过本发明的概念，油的交流击穿电压的调谐提高了~ 70- 80%。目前的研究检查的可靠性，这种纳米胶体的帮助下，两个参数威布尔分布和油显示出大大增强的电场承载能力在两个标准的生存概率值为5%和63.3%。负责这种观察到的结果的基本机制是合理的延迟流光发展和减少流光生长速率由于有效的电子清除的纳米结构从离子化液体绝缘体。提出了一种基于电子清除原理的数学模型来量化纳米结构所清除的电子量。同样的，然后采用预测增强的交流击穿电压和实验值被发现与模型预测匹配良好。本研究对实际交流电力系统的高效、可靠和安全运行具有重要意义。
2018-07-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Half-metallic Dirac cone in zigzag-graphene-nanoribbon/graphene
石墨烯是一种本征零能隙半导体，它的狄拉克电子具有独特的自旋和赝自旋，从而产生了许多有趣的电子和输运性质。虽然孤立的锯齿形石墨烯纳米带是反铁磁半导体，我们通过第一性原理和紧束缚计算表明，锯齿形石墨烯纳米带支撑在石墨烯上是半金属的自旋和赝自旋对称性破缺的结果。特别地，在费米能级附近的K（K '）处形成半金属狄拉克锥。目前的研究结果表明，锯齿形石墨烯纳米带中自旋和赝自旋的独特组合可以用于操纵石墨烯的电子性质，并可能对潜在的石墨烯基纳米电子应用具有实际意义。
2016-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal transport in semiconductor nanostructures, graphene and related two-dimensional materials
我们回顾了半导体纳米结构（多层薄膜，核/壳和分段纳米线），单层和少层石墨烯，六方氮化硼，二硫化钼和黑磷的热输运的实验和理论结果。声子工程优化的电和热传导的不同可能性进行了讨论。揭示了声子能谱修正对半导体纳米结构热导率的影响。分析了石墨烯及相关二维材料的热导率与温度、薄片尺寸、缺陷浓度、边缘粗糙度和应变的关系。
2018-03-14 cond-mat.mes-hall
Direct observation of moiré flat-band breakdown at the edge of magic-angle twisted bilayer graphene
魔角扭曲双层石墨烯（tBG）中的低能莫尔平带具有令人难以置信的潜力，可以表现出丰富的奇异量子现象。理论上，tBG的莫尔平坦带基于扩展结构，即，具有周期性边界条件的莫尔条纹。然而，一个基本的问题，即平带是否可以存在于具有降低的结构对称性的石墨烯莫尔图案中，例如样品边缘，仍然没有答案。在这里，通过扫描隧道显微镜和光谱学，我们研究了局部电子性质的魔角tBG附近的样品终止的边缘和报告的莫尔平坦带的击穿的直接观察。我们发现，莫尔电子结构，包括低能平带，可以充分存在于一个完整的莫尔斑点，即，一个莫尔超晶胞，就在边缘处，甚至莫尔图案的平移对称性在一个方向上被破坏。然而，在由边缘部分终止的不完全莫尔斑中，明显缺乏平带特性。我们的研究结果表明，一个完整的莫尔斑点是足够的，并在tBG有效的莫尔平带的产生是必不可少的。
2022-05-20 cond-mat.mes-hall
Band engineering and elastic properties of strained armchair graphene nanoribbons: semiconductor vs metallic characteristics
扶手椅型石墨烯纳米带中的奇数个锯齿形边缘及其机械性能（例如，杨氏模量、泊松比和剪切模量）对于石墨烯基光电子器件中的带隙工程具有潜在的兴趣。在本文中，我们考虑在扶手椅型石墨烯纳米带的扶手椅型边缘处用氢钝化，然后施加应变来调节带隙。使用密度泛函理论计算，我们的研究发现，精确控制应变可以允许调整带隙从半导体到金属，然后再次切换回半导体。此外，我们还表明，氢分子钝化的应变石墨烯纳米晶可以具有大的面外变形，展示了松弛形状石墨烯的性质。我们用结合能来表示氢引起的应变。最后，我们研究了应变对石墨烯纳米带力学性能的影响，这些力学性能可用于制作基于石墨烯纳米带的应变电子器件。
2019-01-03 cond-mat.mes-hall
Breakdown of the N=0 Quantum Hall State in graphene: two insulating regimes
我们研究了高迁移率石墨烯样品在高达18 T的磁场下在电荷中性点（CNP）附近出现的不寻常的量子霍尔效应（QHE）。我们观察到故障的离域QHE运输和强烈的增加，随着朗道能级填充$ν< 2$，在那里我们确定两个绝缘制度的折射率$ρ_{xx},|ρ_{xy}|$。对于$1 \gtrsim |ν| \gtrsim 1/2$，我们发现$ρ_{xx,xy} \sim e^{a(H-H_c)}$在高达几个电阻量子$R_K$的范围内呈指数增加，而霍尔效应逐渐消失，与具有局部输运的霍尔绝缘体（HI）一致。然后，在$ν\approx 1/2$处，$ρ_{xx}(H)$中的尖点之后是甚至更快的生长的开始，指示向集体绝缘体（CI）状态的转变。这种状态的可能候选者是钉扎维格纳晶体。
2009-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Sub-nm range momentum-dependent exciton transfer from a 2D semiconductor to graphene
Université de Strasbourg（斯特拉斯堡大学）；CNRS, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg（法国国家科学研究中心，斯特拉斯堡材料物理与化学研究所）；Université de Toulouse, INSA-CNRS-UPS, LPCNO（图卢兹大学，INSA-CNRS-UPS，LPCNO）；Research Center for Functional Materials, National Institute for Materials Science（物质材料研究机构功能材料研究中心）；International Center for Materials Nanoarchitectonics, National Institute for Materials Science（物质材料研究机构国际纳米结构材料中心）
研究通过时间分辨光致发光光谱揭示了二维半导体与石墨烯异质结中激子转移机制，发现亚纳秒级转移时间及层间距离对转移过程的影响，揭示了电荷隧穿在激子动力学中的主导作用。
2026-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Breakdown of zero-energy quantum Hall state in graphene in the light of current fluctuations and shot noise
我们在零朗道能级上研究了悬浮石墨烯Corbino盘中单个载流子的Zener隧穿到雪崩型聚束电子输运的交叉。在低偏压下，我们发现隧穿电流遵循的陀螺齐纳隧穿行为。在更大的偏压下，我们发现雪崩型的输运在更小的电流下发生，磁场越大。低频噪声表明雪崩中电子的强聚束。在实测低频开关噪声功率的基础上，推导出雪崩序列的特征开关率。同时微波散粒噪声测量也揭示了内在的雪崩脉冲内的相关性，并表示随着偏置的增加，相关性降低。
2018-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Large gap quantum spin Hall insulator, massless Dirac fermions and bilayer graphene analogue in InAs/Ga(In)Sb heterostructures
量子自旋霍尔绝缘体（QSHI）态已经在两个半导体系统- HgTe/CdTe量子阱（QWs）和InAs/GaSb量子阱双层中得到证实。与HgTe/CdTe量子阱不同，InAs/GaSb量子阱双层结构的反向带隙在布里渊区的$Γ$点处不开放，从而阻止了无质量狄拉克费米子的实现。在这里，我们提出了一类新的半导体系统的基础上InAs/Ga（In）Sb多层膜，托管QSHI状态，石墨烯类相和双层石墨烯类似物，这取决于它们的层厚度和几何形状。QSHI间隙在新的结构可以达到60 meV的现实设计和参数。该值是室温下热能的两倍，显著扩展了基于III-V族晶闸管的拓扑器件的应用潜力。
2017-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
