Electron viscosity and device-dependent variability in four-probe electrical transport in ultra-clean graphene field-effect transistors
Indian Institute of Science（印度科学研究所）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
研究通过四探针电输运测量，揭示了超清洁石墨烯场效应晶体管中电子粘性与器件依赖性变异性，探讨了动量守恒与动量弛豫散射机制及接触耦合的影响。
2026-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Quantum charge pumping in graphene-based devices: When lattice defects do help
量子电荷泵，量子相干产生的直流电流在零偏置通过时间相关的电位，提供了杰出的机会，计量和新器件的发展。石墨烯的长电子相干时间和高质量的晶体结构可以为这种量子泵提供合适的构建块。在这里，我们专注于通过石墨烯纳米带在法布里-珀罗制度的绝热量子泵浦突出缺陷的关键作用，通过使用原子模拟。我们发现，即使是一个单一的缺陷添加到原始结构可能会产生两个数量级的增加，在泵送的电荷。
2013-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Grain boundary-induced variability of charge transport in hydrogenated polycrystalline graphene
本文通过数值模拟研究氢化多晶石墨烯，发现氢吸附物局限于晶界时电荷输运几乎不受影响，而均匀分布会降低迁移率，揭示选择性氢功能化可调控电输运。
2018-04-24 cond-mat.mes-hall
Phononics in Low-Dimensions: Engineering Phonons in Nanostructures and Graphene
声子-晶格振动的量子-在材料中的所有电，热和光学现象中显示自己。纳米结构为调整声子能谱和特定应用材料的相关性质提供了令人兴奋的机会。随着石墨烯和二维范德华材料的出现，声子输运和声子相互作用的受控修改（称为声子工程或声子学）的可能性进一步增加。我们描述了用于调谐的声子谱和控制的低维材料通过带状边缘，晶界，同位素组成，缺陷浓度，和原子平面取向的热性能的方法。
2012-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Physics-Based Compact Modeling for the Drain Current Variability in Single-Layer Graphene FETs
本文首次提出基于物理的紧凑模型，通过载流子数量与库仑散射迁移率波动解释单层石墨烯场效应晶体管的漏极电流变异性，并在不同尺寸溶液栅控器件上完成实验验证。
2025-06-04 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Review of the Low-Frequency 1/f Noise in Graphene Devices
低频噪声的频谱密度与频率（f）成反比，已在各种系统中观察到，包括电阻器中的电流波动、音乐中的强度波动和人类认知中的信号。在电子学中，被称为1/f噪声、闪烁噪声或过量噪声的现象阻碍了许多器件和电路的操作，并且可能是新材料的实际应用开发的重大障碍。石墨烯为研究1/f噪声提供了独特的机会，因为它的2D结构和载流子浓度在很宽的范围内可调。实际石墨烯基器件的创建也将取决于我们理解和控制这种材料系统中低频1/f噪声的能力。在这里，我回顾了石墨烯和少层石墨烯中1/f噪声的特征，并研究了这种噪声对石墨烯基电子器件（包括高频器件和传感器）发展的影响。
2013-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Proximity Effect of Epitaxial Iron Phthalocyanine Molecules on High-Quality Graphene Devices
在石墨烯上沉积磁性绝缘体是通过交换邻近相互作用在石墨烯中引入磁性以用于未来自旋电子学应用的有希望的途径。基于分子的磁体由于其合成的多功能性而可能提供独特的机会。在这里，我们研究了外延铁酞菁（FePc）分子的磁邻近效应的高品质的单层和双层石墨烯器件上的六方氮化硼衬底，通过探测本地和非本地输运。虽然FePc分子引入了大空穴掺杂效应和迁移率下降，但磁性邻近在单层石墨烯中的磁场下产生了倾斜的反铁磁状态。在双层石墨烯和FePc异质结构器件上，非局域输运揭示了明显的塞曼自旋霍尔效应。在双层散射机制的进一步分析表明，占主导地位的长程散射。我们在石墨烯/有机磁性绝缘体异质结构中的发现为在二维自旋电子器件中使用分子基磁体提供了新的见解。
2021-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ripple edge engineering of graphene nanoribbons
现在可以生产具有原子定义宽度的石墨烯纳米带（GNR）。GNR为电子器件和复合材料提供了许多机会，如果有可能建立边缘结构和功能化之间的联系，以及由此产生的GNR性能。将氢边缘终止切换为更大的更复杂的官能团，例如羟基或硫醇，在带边缘处诱导应变。然而，我们表明，这种应变，然后通过形成静态的平面外的波纹缓解。所得到的带具有显著降低的杨氏模量，其作为带宽度、修改的带隙以及沿边缘的异质化学反应性的函数而变化。并非例外，这种静态边缘波纹可能在大多数官能化石墨烯带边缘上。
2011-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Phase Change Memory with Graphene Ribbon Electrodes
已知相变存储器（PCM）装置随着其电极的位体积和接触面积按比例缩小而降低功率消耗。在这里，我们展示了两种类型的低功率PCM设备与横向石墨烯带电极：一个在其中的石墨烯被图案化成窄的纳米带和其他的相变材料被图案化成纳米带。尖锐的石墨烯“边缘”触点可实现低至约3 V的阈值电压、低编程电流（<1 μA SET，<10 μA SET）和>100的ON/OFF比的开关。通过化学气相沉积生长的石墨烯的大规模制造也使得能够研究这种纳米材料和器件的异质集成和可变性。
2015-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical control of quantum transport in graphene
本研究开发了低温悬浮石墨烯晶体管实验平台，通过机械诱导标量势和矢势，实现了对石墨烯量子输运、功函数及量子干涉的精确机械控制。
2023-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Observation of Floquet-induced gap in graphene
Tsinghua University（清华大学）；State Key Laboratory of Low-Dimensional Quantum Physics, Tsinghua University（清华大学低维量子物理国家重点实验室）；Frontier Science Center for Quantum Information（量子信息前沿科学中心）
本研究通过共振驱动在单层石墨烯中直接观测到Floquet诱导的混合间隙，揭示了Floquet带工程在石墨烯中的实验验证，展示了光场调控量子相的潜力。
2026-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic proximity in a van der Waals heterostructure of magnetic insulator and graphene
本文研究铁磁绝缘体 Cr2Ge2Te6 与石墨烯范德华异质结构中的磁近邻效应，实验结合密度泛函理论计算揭示了近邻诱导的面外铁磁交换相互作用及各向异性自旋织构，为二维自旋电子学和拓扑量子器件提供了新途径。
2019-10-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Atomic Layer MoS2-Graphene van der Waals Heterostructure Nanomechanical Resonators
异质结构在现代半导体器件和微/纳米系统中在电子学、光电子学和传感器的大量应用中发挥着重要作用。虽然最先进的异质结构通常涉及晶体外延层的堆叠，每个层的厚度只有几纳米，但有趣的极限是异质原子层结构。在这里，我们报告的第一个实验演示的独立的范德华异质结构及其功能的纳米机械设备。通过将单层（1 L）MoS 2堆叠在悬浮的单层、双层、三层和四层（1 L至4L）石墨烯片上，我们实现了具有不同厚度和尺寸的MoS 2-石墨烯异质结构阵列。这些异质结构在甚高频（VHF）波段（高达~100 MHz）都表现出强大的纳米机械共振。我们观察到异质结构器件的基模共振频率落在石墨烯和MoS 2器件的值之间。异质结构谐振器的品质（Q）因子低于石墨烯的品质（Q）因子，但与MoS 2器件的品质（Q）因子相当，这表明界面阻尼与范德华异质结构中的层间相互作用有关。这项研究验证了悬浮原子层异质结构作为一个有效的器件平台，并开辟了利用机械耦合效应和层间相互作用在这样的设备的机会。
2017-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene-Based Electromechanical Thermal Switches
热管理是现代电子、航空电子、汽车和储能系统中的一个重要挑战。虽然经常使用被动热解决方案（如散热器或散热器），但主动调节热流（例如通过热开关或二极管）将为热瞬变和系统可靠性的管理提供额外的控制程度。在这里，我们报告了第一个基于柔性可折叠石墨烯膜的热开关，具有< 2 V的低工作电压。我们还采用主动模式扫描热显微镜（SThM）来实时测量器件行为和开关。一个紧凑的分析热模型开发的一般情况下的热开关的基础上的双夹紧悬浮膜，突出的热和电气设计的挑战。系统级建模演示了作为开关比的函数的调制温度摆幅和平均温度之间的热权衡。这些基于石墨烯的热开关为密集集成系统中快速（甚至纳秒）热瞬变的主动控制提供了新的机会。
2020-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Variability and Reliability of Graphene Field-Effect Transistors with CaF2 Insulators
本研究首次在GFETs中采用2nm厚外延CaF2作为栅极绝缘层，发现其迟滞和偏压温度不稳定性与SiO2和Al2O3器件相当，在约1nm EOT下实现低于0.01V的小迟滞，证明CaF2是高稳定性GFETs的理想绝缘材料。
2023-09-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Quantum Hall Goos-Hänchen effect in graphene
报道了在量子霍尔效应（QHE）条件下棱镜-石墨烯界面的强Goos-Hänchen（GH）效应。基于非常规量子霍尔制度中存在的石墨烯的温度依赖性表面电导率的全量子描述，出现磁强可调谐QHE GH位移。我们的方法是基于推导广义菲涅耳系数反对称电导张量的克尔相位的入射线偏振光。此外，它表明，在低温下，GH的位移图高原的磁场的强度的增长。通过施加的静磁偏置对石墨烯中GH效应的这种量子调制可以为2D材料中的光学器件和QHE传感应用打开新的机会之门。
2022-08-14 cond-mat.mes-hall
Effectuating tunable valley selection via multi-terminal monolayer graphene devices
本文提出一种多端锯齿边缘石墨烯纳米带全电学能谷偏振器，可通过栅极在端特异性与宇称特异性滤波机制间调控，并经几何优化实现高能谷偏振。
2022-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lattice-corrected strain-induced vector potentials in graphene
石墨烯中应变的电子含义可以通过伪矢量势在低能量下捕获，伪矢量势可以产生伪磁场。这些应变诱导的矢量势产生于紧束缚框架中电子跳跃幅度的局部扰动。在这里，我们完成的应变诱导矢量位，它只占跳跃扰动的标准描述，明确包括晶格变形，或等效的，布里渊区的变形。这些修正在应变上是线性的，并且在每个应变的、不等价的狄拉克点上是不同的，因此对于确定矢势的精确大小同样是必要的。这种效应在应变分布不均匀的情况下是相关的，其中电子运动取决于局部费米表面之间的重叠量。特别是，它会影响由不均匀的应变配置引起的伪磁场分布，并可能导致新的机会，在定制的最佳应变场为某些所需的功能。
2013-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning Strain in Flexible Graphene Nanoelectromechanical Resonators
低维纳米材料的结构灵活性为研究应变对其物理特性的影响以及利用应变工程开发创新设备提供了独特的机会。实现这些目标的关键是一个设备平台，该平台允许对应变进行独立调整和可靠校准。在这里，我们报告的柔性基板上的石墨烯纳米机电谐振器（GNEMR）的制造和表征。结合衬底弯曲和静电门控，我们实现了石墨烯中应变和下垂的独立调节，并在很宽的参数空间上探索了非线性动力学。分析和数值研究的连续介质力学模型，包括竞争的高阶非线性项，揭示了一个全面的非线性动力学相图，定量地解释了复杂的行为GNEMRs。
2015-11-01 cond-mat.mes-hall
Scaling and Statistics of Bottom-Up Synthesized Armchair Graphene Nanoribbon Transistors
自下而上组装的纳米材料和纳米结构允许研究丰富和前所未有的量子相关和介观输运现象。然而，当它们被制成宏观器件时，很难量化从先进显微镜获得的几何或结构参数与测量的电特性之间的相关性。在这里，我们提出了一种策略，通过Monte Carlo器件模型连接纳米材料的形态和器件性能，并将其应用于了解自下而上合成的扶手椅型石墨烯纳米晶体管（GNR）晶体管的缩放趋势。开发了一种新的沟道长度为7 nm的GNR晶体管纳米工艺。通过实验数据与模型的比较，系统地研究了GNR空间分布和器件几何结构对器件性能的影响。通过这项研究，挑战和机遇的晶体管技术的基础上自下而上的合成GNR的精确定位，铺平了道路，GNR器件性能的进一步改善，为未来的晶体管技术节点。
2022-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stretching graphene using polymeric micro-muscles
二维材料中的应变控制为其电子特性的工程化开辟了令人兴奋的前景。虽然这种期望已经被人工晶格研究所证实，但在原子晶格的情况下仍然难以捉摸。纳米气泡和纳米皱纹，或使用扫描探针获得显着的结果;利用可变形基板或外部负载实现微尺度应变装置。然而，这些设备缺乏充分控制和研究任意应变分布所需的灵活性。在这里，我们展示了一种新的方法，使得有可能使用聚合物微米人工肌肉（MAMs），在电子刺激下以可控和可逆的方式收缩，在石墨烯中诱导应变。我们的方法利用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的电子束照射的机械响应。利用拉曼、扫描电子显微镜和原子力显微镜研究了非均匀各向异性应变和离面变形。这些都可以很容易地与当前的设备架构相结合。本方法的灵活性为二维材料中的应变和纳米力学的研究开辟了新的机会。
2017-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Wafer-scale graphene/ferroelectric hybrid devices for low-voltage electronics
在功能基底上制备石墨烯及其衍生物可能为探索石墨烯的内在电子性质和新功能提供巨大的机会。然而，由于剥离和相关转移方法的样品产率非常低，替代SiO $_{2}$的努力受到很大阻碍。在这里，我们报告了一个新的路线，探索新的石墨烯物理和功能，通过转移大规模的化学气相沉积单层和双层石墨烯功能基板。使用铁电体Pb（Zr $_{0.3}$ Ti $_{0.7}$）O $_{3}$（PZT），我们展示了在$\pm1$ V内的石墨烯场效应晶体管的超低电压操作，其中最大掺杂超过$10^{13}\,\mathrm{cm^{-2}}$并且开关比大于10倍。在极化PZT之后，石墨烯场效应晶体管的开关的特征在于显著的电阻滞后，适用于超快非易失性电子器件。
2011-01-07 cond-mat.mes-hall
Simulation of Graphene Nanoribbon Field Effect Transistors
基于非平衡格林函数形式主义和紧束缚哈密顿量中具有开放边界条件的3D泊松和薛定谔方程的自洽解，提出了石墨烯纳米场效应晶体管（GNR-FET）的原子三维模拟。相对于碳纳米管FET，GNR-FET表现出相当的性能，降低了对沟道手性变化的敏感性，以及由于带到带隧穿引起的类似泄漏问题。可接受的晶体管性能需要1- 2nm的有效纳米晶宽度，这可以用周期性蚀刻图案或应力图案获得。
2008-01-07 cond-mat.mes-hall
Quasi-Periodic Nanoripples in Graphene Grown by Chemical Vapor Deposition and Its Impact on Charge Transport
通过化学气相沉积方法（CVD）合成石墨烯的技术突破为大规模器件应用开辟了巨大的机会。为了改善在铜上生长的CVD石墨烯（Cu-CVD石墨烯）的电性能，最近的努力集中在将这种多晶石墨烯膜的晶粒尺寸增加到100微米和更大。虽然晶粒尺寸的增加以及因此晶界密度的降低预计会大大提高器件性能，但在这里，我们表明Cu-CVD石墨烯的电荷迁移率和薄层电阻已经限制在单个晶粒内。我们发现目前CVD石墨烯的高温生长和湿转移方法导致准周期纳米波纹阵列（NRA）。在这种部分悬浮的石墨烯器件中的电子弯曲声子散射引入了各向异性电荷传输，并对最高可能的电荷迁移率和最低可能的薄层电阻值设置了限制。我们的研究结果为进一步改善CVD石墨烯生长和转移过程提供了指导。
2013-02-06 cond-mat.mes-hall
Spin inversion in graphene spin valves by gate-tunable magnetic proximity effect at one-dimensional contacts
石墨烯由于其高迁移率和长自旋扩散长度而具有显著的自旋电子学机会，特别是当封装在六方氮化硼（h-BN）中时。在这里，我们第一次展示了这种封装的石墨烯自旋阀与一维（1D）铁磁边缘接触门可调自旋输运。静电背栅调谐石墨烯的费米能级以探测1D铁磁接触的自旋极化态密度（DOS）的不同能级，其通过在石墨烯中诱导铁磁性的磁邻近效应（MPE）相互作用。与传统的自旋阀相比，在高电阻和低电阻配置之间的切换需要通过施加的磁场或高密度自旋极化电流进行磁化反转，我们提供了一种具有石墨烯中的栅极控制自旋反转的替代路径。所得到的可调MPE采用一个简单的铁磁金属自旋电子器件的承诺，并实现奇异的拓扑状态，从量子自旋霍尔和量子反常霍尔效应，马约拉纳费米子和skyrmions。
2018-02-21 cond-mat.mes-hall
Nanoscale Strain Engineering of Giant Pseudo-Magnetic Fields, Valley Polarization and Topological Channels in Graphene
在石墨烯中存在与两个不等价谷相关的非平凡Berry相，这为研究谷投影拓扑态提供了有趣的机会。这些研究的例子包括观察单层石墨烯中的异常量子霍尔效应，通过扫描隧道显微镜组装的分子石墨烯中的拓扑零模式的演示，以及石墨烯超晶格或双层石墨烯畴壁中的拓扑谷输运的检测。然而，所有上述实验都涉及机械剥离薄片或原子接原子构造的不可扩展方法。在这里，我们报告了一种方法，通过纳米级应变工程在室温下操纵单层石墨烯的拓扑状态。通过将无应变单层石墨烯放置在结构化纳米结构上以诱导全局反转对称性破缺，我们展示了巨型伪磁场（高达800特斯拉）、谷极化和周期性一维拓扑通道的发展，用于保护应变石墨烯中手性模式的传播，从而为可扩展的石墨烯基谷电子学铺平了道路。
2020-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Embedded Boron Nitride Domains In Graphene Nanoribbons For Transport Gap Engineering
我们数值研究了氮化硼（BN）域对石墨烯纳米带的输运性质的影响，石墨烯纳米带的长度范围从几个到几百个纳米，横向尺寸可达4 nm。通过改变嵌入石墨烯基质中的BN岛的尺寸和形态，获得了从完美绝缘界面到不对称电子-空穴传输分布的宽传输可调性，从而提供了设计迁移率间隙以改善器件性能的可能性。即使在低密度限制的嵌入式BN岛，输运性能被发现是高度依赖于BN域的形状和大小具有强烈的倾向，朝着绝缘制度时，增加的离子键的数量在带。这种多功能性的导电性能提供了显着的机会，运输间隙工程设计的复杂设备架构的基础上新合成的单原子混合层状材料。
2012-10-25 cond-mat.mes-hall
What Makes Effective Gating Possible in Two-Dimensional Heterostructures?
静电门控提供了一种在现代电子器件中获得关键功能并定性改变材料特性的方法。虽然这种门控的静电描述为相关的掺杂效应提供了指导，但门控的固有量子特性为材料和未开发设备的有趣修改提供了机会。利用第一性原理计算对Co/双层石墨烯、Co/BN和Co/苯三种磁性材料进行了理论计算，并结合一个简单的物理模型，证明了二维层状材料的磁性异质结构可以表现出可调的磁性邻近效应.范德华键合被认为是通过门控进行大的电子结构改变的要求。特别地，物理吸附的石墨烯中的自旋极化的幅度和符号可以通过选通来控制，这对于自旋电子器件是重要的。
2015-10-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On-Demand Spin-Orbit Interaction from Which-Layer Tunability in Bilayer Graphene
自旋轨道相互作用（SOI）是在很宽的范围内可调的门是必不可少的开发新的自旋现象。实现这一制度仍然是难以捉摸的，因为潜在的相对论耦合的弱点，并缺乏其在固体的可调性。在这里，我们概述了一个通用的策略，使特别高的可调谐性的SOI通过创建一个层的自旋轨道场的不均匀性在石墨烯多层膜。施加外部横向电场以在具有强SOI和弱SOI的层之间移动载流子。由于石墨烯层以亚纳米尺度分离，因此可以通过微小的载流子位移实现SOI的极高可调谐性。详细分析了实验相关的情况下，双层石墨烯的半导体过渡金属dichalchogenide基板。在该系统中，可以实现SOI的完全可调谐性，相当于其ON/OFF切换。自旋控制的新机会的例子与电驱动的自旋共振和拓扑相位与不同的量子化固有谷霍尔电导率。
2017-11-13 cond-mat.mes-hall
Room-temperature quantum transport signatures in graphene/LaAlO3/SrTiO3 heterostructures
赝自旋量子自由度是石墨烯区别于普通二维金属和半导体的最显着特性之一。赝自旋量子干涉导致弱反局域化（WAL），并受到点缺陷和热扰动的强烈影响，这些缺陷和热扰动破坏了手征性并破坏了相位相干性。在室温下保持和操纵量子输运性质是实现实用的基于赝自旋的石墨烯器件的关键。在这里，我们报告的复杂氧化物异质结构，LaAlO 3/SrTiO 3的石墨烯场效应器件的制造和传输特性。WAL的签名，赝自旋量子干涉的结果，坚持到室温。LaAlO 3/SrTiO 3衬底在抑制短程杂质散射和电子-声子耦合方面起着关键作用。在室温下观察量子输运特征是该系统所独有的，并为开发基于赝自旋的器件和耦合到复合氧化物界面的新型多功能器件提供了新的机会。
2016-07-02 cond-mat.mes-hall
Effect of the disorder in graphene grain boundaries: A wave packet dynamics study
在铜箔上化学气相沉积（CVD）是制备石墨烯样品的最有前途的方法之一，尽管在完美的石墨烯晶格中引入了许多晶界。通过控制CVD方法中的参数，可以在实验上实现丰富多样的GB结构。晶界含有非六方碳环（4、5、7、8元环）和各种比例和排列的空位。利用波包动力学（WPD）模拟和紧束缚电子结构计算，研究了GBs结构对输运性质的影响。在计算机中创建了三种具有增加的无序度的模型GB：周期性的5-7 GB、“蛇形”GB和包含4，8元环和空位的无序GB。发现对于小能量（E=EF+-1eV），透射率随无序度的增加而减小。四元环和空位被确定为主要的散射中心。揭示GBs的性质与CVD生长方法之间的联系可能会在基于石墨烯的纳米电子学中开辟新的机会。
2013-10-25 cond-mat.mes-hall
Engineering Dirac states in graphene: Coexisting type-I and type-II Floquet-Dirac fermions
单色光场与固体的耦合引入了非平衡Floquet态，为创造和探索新的拓扑现象提供了机会。结合第一性原理和Floquet分析，我们表明，可以自由工程Floquet-Dirac费米子（FDFs）在石墨烯通过调谐线性偏振光的频率和强度。不仅II型FDF被创建，而且它们还与费米能级附近的I型FDF共存。有趣的是，在光驱动石墨烯中出现了连接I型和II型Floquet-Dirac点的新型拓扑非平凡边缘态，为实现两种Dirac态之间的电子输运提供了理想的通道。模拟时间和角度分辨的光电子能谱学表明，I型和II型费米子的新共存状态是实验上可以达到的。这项工作意味着可以在原子级薄的石墨烯中设计丰富的FDF现象，暗示了新型光电和量子计算设备的发展。
2019-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
How to observe the giant thermal effect in the Casimir force for graphene systems
提出了一种差分测量方案，该方案允许清晰地观察Casimir力的巨大热效应，该效应最近被预测在短分离距离处发生在石墨烯系统中。在狄拉克模型的框架下，利用严格的极化张量形式，计算了作用在金属涂层球体和两半介质板（一个未涂覆，另一个涂覆有石墨烯）之间的卡西米尔力的差异。结果表明，在所提出的配置之间的差异Casimir力和它的热contributioncan很容易地测量使用现有的实验装置。对巨大热效应的观察应该为基于石墨烯和其他新型2D材料的微机械系统中的色散力的调制和控制提供机会。
2017-07-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Measuring Hall Viscosity of Graphene's Electron Fluid
受到磁场作用的材料会表现出霍尔效应，这是一种经过详细研究和理解的现象。在这里，我们报告了一个定性的突破这种经典行为的电子系统具有高粘度。石墨烯中的粘性流体通过产生与经典霍尔效应相反的电场来响应非量子化磁场。粘性的贡献是大的，并确定通过研究当地的电压，出现在附近的电流注入接触。我们分析了在很宽的温度和载流子密度范围内的异常，并提取霍尔粘度，一个无耗散的传输系数，长期以来在理论上确定，但在实验中仍然难以捉摸。与理论的良好一致性表明了研究电子磁流体力学的进一步机会。
2018-06-05 cond-mat.mes-hall
Quantum imaging of current flow in graphene
自2004年首次分离以来，石墨烯已被发现拥有大量不寻常的电子传输现象，使其成为凝聚态物理基础研究的迷人系统，并为未来的电子和传感设备提供了巨大的机会。然而，为了完全实现这些目标，一个主要的挑战是在单层石墨烯结构和器件中非侵入性成像电荷电流的能力。通常，石墨烯中的电子输运已经通过电阻率测量进行了研究，然而，这种测量通常对观察和研究地标输运现象至关重要的空间信息是盲目的，例如电子引导和聚焦，拓扑电流和真实空间中的粘性电子回流，以及现实的不完美器件。在这里，我们将量子成像应用于这个问题，并展示了石墨烯结构中电流的高分辨率成像。我们的方法利用金刚石中的近表面原子大小的量子传感器的工程阵列来映射矢量磁场，并在不同复杂性的石墨烯几何结构上重建矢量电流密度，从单带到结，具有衍射极限的空间分辨率和对小至1 μA的电流的投影灵敏度。测得的电流图显示出强烈的空间变化，对应于亚微米尺度的物理缺陷。所展示的方法开辟了一个重要的新途径，研究基本的电子和自旋输运在石墨烯结构和设备，更普遍的是在新兴的二维材料和薄膜系统。
2016-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Proximity-Induced Superconductivity in Epitaxial Topological Insulator/Graphene/Gallium Heterostructures
将超导性引入到拓扑绝缘体的狄拉克表面态，导致拓扑超导体，其可以通过马约拉纳零模式支持拓扑量子计算。可扩展材料平台的开发是实现拓扑量子计算的关键。在这里，我们报告的高品质的（Bi，Sb）2 Te 3/石墨烯/镓异质结构的生长和性能。我们的合成方法使两个异质界面处的原子尖锐层成为可能，这反过来又促进了起源于镓膜的邻近诱导超导性。一个光刻免费，范德华隧道结的发展，以执行传输隧道光谱。我们发现在5-10个五层（Bi，Sb）2 Te 3/graphene/gallium异质结构中，狄拉克表面态形成了一个强的邻近诱导超导能隙。一个单一的Abrikosov涡，马约拉纳零模式预计将驻留的存在下，表现在离散电导的变化。目前的材料平台为理解和利用拓扑超导性的应用潜力提供了机会。
2023-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Impact of geometry and non-idealities on electron 'optics' based graphene p-n junction devices
我们阐述了使用石墨烯中的光子电子流的非常规设备的挑战和机遇，例如石墨烯克莱因隧道（GKT）晶体管。基本的物理是采用动量而不是能量过滤来设计二维狄拉克锥带结构中的门可调输运带隙。在弹道极限，我们得到一个干净的可调间隙，这意味着低于玻尔兹曼极限的亚热开关电压，同时保持高饱和电流的输出特性。在实际的结构中，详细的数值模拟和实验表明，动量散射，特别是从边缘，泄漏路径进入运输间隙，并把它变成一个赝间隙。我们量化的重要性，减少边缘粗糙度和整体几何的低偏置传输特性的GKT晶体管和基准对实验数据。我们发现，几何形状起着关键的作用，在确定电子光学器件的性能，利用电子的角分辨率。
2018-10-11 cond-mat.mes-hall
Enhanced Brewster Angle Shift in Doped Graphene via the Fizeau Drag Effect
本文在掺杂石墨烯中引入 Fizeau 拖曳效应，推导广义 Fresnel 系数并证明其可显著增强 Brewster 角移动，且可通过电子漂移速度和电荷密度调控。
2024-09-10 cond-mat.mes-hall
The interfacial spin modulation of graphene on Fe(111)
当Fe（使用d或f轨道状态的典型铁磁体）与石墨烯等2D材料结合时，它为自旋电子学提供了许多机会。二维磁性的起源是磁绝缘行为，这可能导致磁激发和邻近效应。然而，这些现象只在极低的温度下观察到。Fe和石墨烯界面可以控制自旋结构，其中它们通过界面显示出独特的原子自旋调制和磁耦合。在Fe上覆盖石墨烯的另一个原因是防止在环境条件下氧化。我们通过在Fe（111）单晶表面上生长单层石墨烯来研究自旋配置的工程，并观察到存在尖锐分支的3D树状畴结构。通过扫描磁场（m-H）的磁化显示，界面在面内（IP）取向的倾斜磁化。此外，石墨烯可以完全阻止Fe表面的氧化。结果表明，在原子尺度上的自旋结构和二维结构中的界面现象的可能控制。该研究为室温二维磁学研究提供了一种新的方法。
2018-11-24 cond-mat.mes-hall
Spin Manipulation in Graphene by Chemically-Induced Sublattice Pseudospin Polarization
自旋操纵是实现自旋逻辑器件和自旋电子电路的关键挑战之一。石墨烯被认为是实现自旋操纵的理想材料，但到目前为止，新的范例和示范者有限。在这里，我们表明，某些杂质，如氟原子，局部打破亚晶格对称性，而不形成强磁矩，可能会导致自旋输运特性的显着变化。杂质共振能级被发现与长程亚晶格赝自旋极化相关，通过局部解耦自旋和赝自旋动力学，激发了巨大的自旋寿命电子空穴不对称性。在稀杂质的限制下，自旋寿命可以从几百皮秒静电调谐到几纳秒，提供了一个化学工程前所未有的自旋器件功能的协议。
2016-03-02 cond-mat.mes-hall
Mapping universal conductance fluctuations
石墨烯为新物理学提供了一个迷人的试验平台，并为基于量子现象的未来应用提供了令人兴奋的机会。为了理解电子通过石墨烯设备的相干流，我们采用了一种纳米级探针，可以访问相关的长度尺度-液体He冷却扫描探针显微镜（SPM）电容器的尖端耦合到下面的石墨烯设备，为电子波创建一个可移动的散射体。在足够低的温度和小尺寸尺度下，电子通过石墨烯的扩散传输变得相干，导致普遍电导波动（UCF）。通过在器件上扫描尖端，我们绘制了这些电导波动\textit{vs.}散射体位置。我们发现，电导是高度敏感的尖端位置，产生$δG \sim e^2/h$波动时，尖端位移的距离相当于一半的费米波长。这些测量与成像实验的详细量子模拟非常一致，并证明了冷却SPM用于探测石墨烯中的相干传输的价值。
2010-01-29 cond-mat.mes-hall
Room temperature spin Hall effect in graphene/MoS$_2$ van der Waals heterostructures
石墨烯是一种用于长距离自旋传输的优秀材料，但几乎不允许自旋操纵。过渡金属二硫属化物通过邻近效应将其强的自旋-轨道耦合压印到石墨烯中，并且已经预测可以实现由于自旋霍尔和Rashba-Edelstein效应而引起的有效的自旋-电荷转换。在这里，通过将霍尔探针与铁磁电极相结合，我们明确地实验证明了由MoS $_2$邻近诱导的石墨烯中的自旋霍尔效应，并且对于高达室温的不同温度。自旋输运和自旋霍尔效应发生在相同材料的不同部分中的事实引起了迄今为止未报道的自旋-充电电压输出的效率。值得注意的是，对于一个单一的石墨烯/MoS $_2$异质结构为基础的设备，我们证明了一个叠加的自旋-电荷电流转换，可以无可争议地与邻近诱导的Rashba-Edelstein效应在石墨烯或自旋霍尔效应在MoS $_2$。通过比较我们的结果与理论计算，后一种情况被发现是最合理的。我们的研究结果为二维材料中自旋信息传输和自旋-电荷转换的结合铺平了道路，为未来各种自旋电子学应用开辟了令人兴奋的机会。
2018-10-30 cond-mat.mes-hall
Electrically-tunable graphene nanomechanical resonators
本文综述了石墨烯纳米机械谐振器的电学可调性研究进展，涵盖器件结构、关键力学性能、电栅控行为及经典/量子应用，并展望了未来挑战与机遇。
2025-07-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Superconducting proximity effect in $d$-wave cuprate/ graphene heterostructures
石墨烯中的超导邻近效应已经受到了十多年的关注。这揭示了与石墨烯电子特性特异性相关的大量奇异效应。绝大多数相关的研究是基于传统的，低温超导金属与各向同性$s$波配对。在这里，我们回顾了最近的进展，研究较少的情况下，非常规的高温超导铜氧化物。这些特征是由各向异性的$d$波配对，其与狄拉克电子的相互作用产生非常丰富的物理和新颖的邻近行为。我们提供了一个理论分析，并总结了迄今为止报道的实验。这些揭示了邻近诱导的非常规配对的暗示，并证明了石墨烯中高温超导相关性的门可调，长距离传播。最后，讨论了理论和实验进展所带来的基础和技术机会，以及将类似研究扩展到其他狄拉克材料的兴趣。
2022-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Origami-controlled strain engineering of tunable flat bands and correlated states in folded graphene
具有可调结构的平坦电子带为开发和操纵奇异的相互作用量子态提供了机会。在这里，我们提出了一个可控的路线，构建容易调谐的平带折叠石墨烯，通过纳米折纸控制的应变工程，并发现在这个系统中的相关态。利用扫描隧道显微镜在任意阶跃边缘处对石墨烯单层进行撕裂和折叠，在弯曲的石墨烯边缘处产生应变诱导的赝磁场以及由此产生的平坦电子带.我们发现，伪磁场的强度可以很容易地通过改变折叠边缘的宽度，由于边缘宽度依赖的晶格变形，导致在折叠的石墨烯中的平带的几何形状的可调节性。此外，通过使用这种技术创建预期的无色散平坦带，当这些带被部分填充时，在态密度中成功地观察到相关诱导的平坦带分裂。我们的实验为设计具有可调平坦能带结构的系统提供了一条可行而有效的途径，为实现应变和相互作用诱导的量子相位的可设计性搭建了一个新的平台。
2022-04-22 cond-mat.mes-hall
Substrate-induced topological minibands in graphene
蜂窝晶格为在（Meta）材料中实现电子、光子或声子拓扑带的许多想法奠定了基础。通过能带工程在石墨烯中操纵狄拉克电子的新机会来自于由诸如六方氮化硼的衬底诱导的超晶格势。利用弱衬底势的一般形式所规定的对称性，我们解析推导出的超结构，包括一个特征1.5狄拉克锥来自三带交叉在布里渊区边缘的低能量迷你带。假设一个大的超原胞，我们专注于一个单一的狄拉克锥（或谷），并找到所有可能的安排的低能电子和空穴带在一个完整的六维参数空间。我们确定了各种对称平面在参数空间诱导间隙关闭，并找到托管拓扑minibands，也包括复杂的带交叉，产生一个谷陈数大于一个部门。我们的地图提供了一个起点，系统设计的拓扑带基板工程。
2019-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
All-electrical creation and control of giant spin-galvanic effect in 1T-MoTe2/graphene heterostructures at room temperature
通过电场设计新的物质状态并控制其电子和自旋电子学性质的能力是现代信息技术的核心，也是二维材料的范德华（vdW）异质结构的最新进展背后的驱动力。在这里，我们利用邻近诱导的Rashba-Edelstein（REE）效应在VDW异质结构的Weyl半金属候选MoTe 2和CVD石墨烯，在那里出现了前所未有的栅极控制开关的自旋电流效应，由于在室温下的有效的自旋-电荷转换。所测得的自旋电流信号的大小被发现是一个数量级大于其他系统，从而产生一个巨大的稀土元素。自旋电流信号的幅度和符号被示出为强烈调制的栅极电场附近的电荷中性点，这可以理解考虑的Rashba自旋轨道耦合诱导的自旋分裂的自旋织构的传导和价带的异质结构。这些发现打开了利用自旋电子存储器和逻辑技术中的自旋电流效应的门控开关的机会，以及在具有门可调功能的vdW异质结构中实现具有新颖自旋纹理的新物质状态的可能性。
2019-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Two-dimensional flexible high diffusive spin circuits
石墨烯和二维（2D）晶体由于其前所未有的电子性质，为平面自旋电子器件的发展带来了新的机遇。石墨烯是自旋传输的理想介质，同时也是柔性电子产品的弹性材料。然而，这些非凡的特性从未被结合起来创造出柔性石墨烯自旋电路。实现这样的电路可能会导致可弯曲的应变为基础的自旋传感器，一个独特的平台，探索纯自旋电流为基础的操作和低功耗灵活的纳米电子学。在这里，我们首次展示了柔性衬底上的石墨烯自旋电路。使用化学气相沉积（CVD）石墨烯实现的这些电路在室温下表现出约0.19-0.24 m2 s-1的大自旋扩散系数。与Si/SiO2衬底上的石墨烯的常规器件相比，这样的值大10-20倍，并且导致在这样的工业标准衬底上实现的石墨烯中的最大自旋扩散长度~10 μ m，显示出一级增强的室温非局域自旋信号。这些器件表现出最先进的自旋扩散，由独特的衬底形貌引起，有利于有效的自旋传输，从而形成可扩展的高性能平台，实现灵活的2D自旋电子学。我们的创新为探索应变相关自旋现象开辟了一个新的领域，并为柔性石墨烯自旋存储器逻辑单元和表面安装传感器铺平了道路。
2018-07-31 cond-mat.mes-hall
Frequency as a Clock: Synchronization and Intrinsic Recovery in Graphene Transistor Dynamics
本文提出统一动力学模型，通过载流子注入与再吸收竞争揭示GFET迟滞的频率无关弛豫与频率锁定双区域，解释非易失效应并预测回线演变，指导石墨烯电子设计。
2025-10-08 cond-mat.mes-hall
Graphene Terahertz Devices for Sensing and Communication
本综述聚焦石墨烯太赫兹器件在分子传感（如农药、DNA检测）和通信调制（门控吸收调制等）的最新进展，分析两者互利关系，为相关领域未来研发提供参考。
2024-05-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Unruh effect in vacua with anisotropic scaling: Applications to multilayer graphene
我们将Unruh效应的计算推广到各向异性标度${\bf r} \rightarrow b {\bf r}$，$t \rightarrow b^z t$下服从拓扑保护不变性的量子真空普适类.考虑两种情况。第一个是与加速探测器有关的，它探测电子-空穴对。第二个是与系统在外部电场中，由于Schwinger过程产生电子-空穴对有关。与相对论系统中的Unruh效应（其中$z=1$）不同，计算的辐射不是热的，而是具有量子临界附近的系统性质。服从各向异性标度的真空可以特别地在具有菱面体堆叠的多层石墨烯中实现。讨论了在这种情况下实验实现Unruh效应的可能性。
2013-05-27 cond-mat.mes-hall gr-qc hep-ph
Versatile polymer method to dry-flip two-dimensional moiré hetero structures for nanoscale surface characterization
提出一种基于聚氯乙烯（PVC）的干翻转聚合物方法，无需溶剂即可制备高质量翻转扭曲双层石墨烯器件，兼容STM等表面表征技术，并可扩展至空气敏感二维材料。
2024-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Realization and transport investigation of a single layer-twisted bilayer graphene junction
我们报道了单层石墨烯（SLG）-扭曲双层石墨烯（tBLG）结器件的低温输运研究。器件中的SLG-tBLG结是通过化学气相沉积生长的，并且器件是在Si/SiO $_2$衬底上以霍尔条结构制造的。测量了霍尔栅两侧SLG-tBLG结的纵向电阻（交叉结电阻）以及器件中SLG和tBLG的霍尔电阻。在量子霍尔制度，测量表明，所测得的交叉结电阻表现出一系列新的量子化平台和这些电阻平台的外观可以归因于沿SLG-tBLG结界面的良好定义的边缘通道输运的存在。测量结果还表明，在霍尔条两侧测量的交叉结电阻之间的差异提供了对构成SLG-tBLG结的两个石墨烯层中的边缘沟道传输特性以及tBLG层中朗道能级的简并提升的灵敏测量。还进行了量子霍尔制度中的交叉结电阻的温度依赖性测量，并提取了沿SLG-tBLG结界面的边缘沟道输运的体朗道能级的横向输运的影响。这些结果丰富了对石墨烯混合结构中跨界面电荷输运的理解，并为探测石墨烯器件中的奇异量子现象开辟了新的机会。
2020-04-16 cond-mat.mes-hall
