Intraband electron focusing in bilayer graphene
我们提出了一种在双层石墨烯中实现谷选择性电子Veselago透镜的方法。我们证明，在存在一个适当的取向的潜在的步骤，从一个点源辐射的低能电子可以重新集中在同一个频带内的相干。这种现象是由于能带结构的三角形弯曲导致负折射率。我们表明，干涉图案可以控制由外部机械应变。
2012-06-25 cond-mat.mes-hall
Broadband Focusing of Acoustic Plasmons in Graphene with an Applied Current
从理论上探讨了电流驱动的、各向同性的、具有近端金属栅的均质石墨烯中的非互易等离子体激元。附近的金属门屏幕库仑相互作用，导致线性色散声等离子体靠近其粒子-空穴连续对应物。我们表明，所施加的偏压导致光谱宽带聚焦等离子体激元的共振线宽是依赖于相对于由于朗道阻尼电流的角度方向。我们预测，前向聚焦非互易等离子体是可能的，与访问的实验参数和设置。
2021-05-06 cond-mat.mes-hall
Imaging the Flow of Holes from a Collimating Contact in Graphene
使用液氦冷却扫描探针显微镜（SPM）对通过准直接触在石墨烯中形成的孔束进行成像。孔的平均自由程大于器械尺寸。在准直接触的两侧上的锯齿形图案吸收以大角度进入的孔。SPM尖端缺陷孔下方的图像电荷，并且通过显示相对侧上的触点之间的电导变化来成像流动的图案，因为尖端在样品上进行光栅扫描。通过用施加的磁场使孔轨迹远离接收触点弯曲来确认准直。SPM图像与射线追踪模拟吻合良好。
2019-12-29 cond-mat.mes-hall
Minibands in twisted bilayer graphene probed by magnetic focusing
磁场迫使从窄接触注入的弹道电子沿着跳跃的轨道移动并形成焦散线。这导致在附近的电压探针处出现明显的电阻峰值，因为电子被有效地聚焦在它们内部，这种现象被称为磁聚焦。这不仅可用于演示弹道输运，而且可用于研究金属的电子结构。在这里，我们使用磁聚焦来探测扭曲2度的石墨烯双层中的窄带。他们的迷你带被发现，以支持远程弹道输运限制在低温下的固有电子-电子散射。层之间的电压偏置导致强烈的谷分裂，并允许选择性聚焦不同的谷，这是感兴趣的使用这种自由度在频繁讨论的谷电子。
2020-01-20 cond-mat.mes-hall
Valley splitter and transverse valley focusing in twisted bilayer graphene
我们研究了扭曲双层石墨烯中的输运，并表明静电势垒可以作为谷分裂器，其中来自$K$（$K'$）谷的电子仅传输到例如\顶部（底部）层，导致谷层锁定电流。我们表明，当势垒在莫尔尺度上缓慢变化时，可以获得这样的谷分裂器，并诱导穿过结的Lifshitz转变，即费米表面拓扑结构的变化。此外，我们表明，对于一个给定的山谷的反射和透射电流的横向偏转，作为时间反演对称性有效地打破了在每个山谷分别，导致在零磁场谷选择性横向聚焦。
2020-10-29 cond-mat.mes-hall
Scaling approach to tight-binding transport in realistic graphene devices: the case of transverse magnetic focusing
封装在六方氮化硼晶体之间的超净石墨烯片承载二维电子系统，其中低温传输仅受样品尺寸的限制。我们重新进行微观计算的非本地弹道输运在这样的微米级设备的理论问题。利用Landauer-Buttiker散射理论，我们提出了一种新的计算石墨烯器件中紧束缚非局域输运的定标方法.我们测试我们的数值方法对实验数据的横向磁聚焦（磁聚焦），教科书的例子，非本地的弹道输运中存在的横向磁场。这种比较能够对所有观测到的射电信号特征进行清晰的物理解释，包括其振荡符号。
2016-05-23 cond-mat.mes-hall
Aharonov-Bohm oscillations and magnetic focusing in ballistic graphene rings
我们目前的低温磁输运测量石墨烯环封装在六方氮化硼。我们研究了相位相干输运，并在硬约束的准弹道石墨烯环中显示了Aharonov-Bohm（AB）振荡。特别是，我们报告了$h/e$、$h/2e$和$h/3e$电导振荡的观察结果。此外，我们表明在小磁场下的磁聚焦效应的签名确认弹道输运。我们进行紧束缚计算，可以重现我们实验发现的所有重要特征，并使我们能够更深入地了解底层物理。最后，我们报告在合理的高磁场的量子霍尔制度中的AB电导振荡的观察，在那里我们发现增强AB振荡的可见性与值高达$0.7$ %的区域。这些振荡很好地解释了考虑到允许硬壁和软壁限制共存的无序。
2017-09-02 cond-mat.mes-hall
The focusing of electron flow in a bipolar Graphene ribbon with different chiralities
研究了具有不同手性的石墨烯带的对称pn结（PNJ）中电子流的聚焦。对于具有尖锐界面的PNJ，在扶手椅带中，从n区的$(-L,0)$发射的电子流在整个狄拉克费米子区，即在整个狄拉克费米子区$E_0<t$（其中$E_0$是狄拉克点能与费米子能之间的距离，$t$是最近的跳跃能）中，总是可以完全聚焦在p区的$(L,0)$上.而对于锯齿形边缘的双极带，只有在极低能量范围内，才能在n区的入射电子流与$E_0<0.05t$完全会聚在p区。此外，对于光滑PNJ，电子在PNJ附近被背散射，这削弱了聚焦效应。但聚焦模式仍然保持与尖锐PNJ相同。此外，由于前向散射和后向散射之间的干涉，电荷密度发生量子振荡。最后，在弱垂直磁场的存在下，载流子在p区和n区中沿相反方向偏转。结果，聚焦效果被模糊。能量越低的$E_0$，聚焦效果越容易被破坏。然而，对于高能$E_0$（例如$E_0=0.9t$），聚焦效应仍然可以在一特斯拉量级的中等磁场中存在。
2010-11-12 cond-mat.mes-hall
Scanning gate microscopy of magnetic focusing in graphene devices: quantum vs. classical simulation
我们比较了最近研究的磁聚焦器件中的经典电子输运和量子电子输运[S. Bhandari等人，Nano Lett. 16，1690（2016）]暴露于扫描门显微镜（SGM）的扰动电位。使用的Landauer-Büttiker形式主义的多终端设备，我们计算的电阻图，得到的SGM尖端扫描的样品。有三个独特的制度，其中扫描尖端可以操作（聚焦，排斥，和混合制度）进行了调查。针尖主要与电子相互作用，回旋加速器轨迹直接通过其下方，在其后面留下修改的电流密度的踪迹。当针尖靠近样品边缘放置时，其他（间接）轨迹变得相关，并且电流在针尖和边缘之间散射。我们还讨论了实验测量的电阻图的空间不对称性的可能解释，并将其与测量探针的特定配置。
2017-01-22 cond-mat.mes-hall
Imaging Cyclotron Orbits of Electrons in Graphene
石墨烯中的电子可以在低温下行进几微米而不会散射，它们的运动变成弹道式的，遵循经典的轨迹。当垂直于平面施加磁场B时，电子遵循回旋加速器轨道。当电子从一个窄的接触点聚焦到位于整数个回旋加速器直径之外的第二个接触点上时，发生磁聚焦。通过调节石墨烯层中的磁场B和电子密度n，我们观察到磁聚焦峰。我们使用冷却扫描门显微镜在4.2 K下对石墨烯中的回旋轨迹进行成像。尖端产生局部密度变化，通过偏转附近流动的电子来投射阴影;当尖端在样品上进行光栅扫描时，可以通过测量触点之间的传输来获得流动的图像。在第一个磁聚焦峰上，我们成像了从一个点接触延伸到另一个点接触的回旋加速器轨道。此外，我们还研究了由尖端偏转到第二点接触的轨道的几何形状。
2016-01-15 cond-mat.mes-hall
Selective focusing of electrons and holes in a graphene-based superconducting lens
我们表明，一个石墨烯的pnp结与中央超导电极作为一个Veselago透镜入射电子通过聚焦它们和它们的相位共轭对应物（孔）到光轴的不同点。这种选择性聚焦建议一个简单的轨迹分析证实了完全微观计算。虽然聚焦模式是退化的偏离理想条件下，我们表明，它仍然可见的参数范围很广。我们将讨论如何利用这种特性来探测纠缠电子对。
2012-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Specular electron focusing between gate-defined quantum point contacts in bilayer graphene
本研究在弹道双层石墨烯中通过静电栅极定义量子点接触，探究尺寸量子化和三角翘曲对横向电子聚焦谱的影响，观测到清晰的镜面反射和相位相干传输，并揭示了电子-电子相互作用在电荷弛豫中的主导作用，为谷电子学器件的弹道互连提供了新途径。
2023-02-02 cond-mat.mes-hall
Electrically tunable transverse magnetic focusing in graphene
尽管存在由于原子核引起的非均匀库仑势，但周期晶格中的电子可以在宏观距离上无散射地传播。电子的这种弹道运动允许使用横向磁场来聚焦电子。这种现象被称为横向磁聚焦（磁聚焦），已被用于研究金属和半导体异质结构的费米表面，以及研究Andreev反射，自旋轨道相互作用，并检测复合费米子。在这里，我们报告的横向磁聚焦在高迁移率的单层，双层和三层石墨烯器件的实验观察。调整石墨烯载流子密度的能力使我们能够第一次从空穴到电子状态连续地研究石墨烯，并分析由此产生的聚焦扇。此外，通过对三层石墨烯施加横向电场，我们使用电子能谱作为弹道电子能谱方法来研究材料电子结构的受控变化。最后，我们证明了石墨烯中的石墨烯在高达300 K的温度下仍然存在，这是迄今为止报道的任何系统的最高温度，为基于电子光学的新型室温应用打开了大门。
2013-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A versatile LabVIEW and FPGA-based scanned probe microscope for in-operando electronic device characterization
理解电子和自旋电子器件在微米和纳米尺度上的复杂特性是当前人们强烈关注的话题，因为它对科学进步和技术应用变得越来越重要。通过扫描探针技术对这些器件进行操作表征特别适合于这些特性的显微镜研究。我们已经开发出一种扫描探针显微镜（SPM），这是能够标准的力成像（原子，磁性，静电）和同时电输运测量。我们利用灵活和廉价的FPGA（现场可编程门阵列）硬件和在国家仪器的LabVIEW环境中开发的自定义软件框架来执行显微镜操作和设备测量的各个方面。基于FPGA的方法实现了灵敏的实时悬臂梁频移检测。使用这个系统，我们证明了静电力显微镜的电偏置石墨烯FET器件。SPM和电传输的组合还使得能够对由扫描的悬臂尖端提供的局部扰动的传输响应进行成像。由于LabVIEW在实验科学中的广泛应用以及我们软件解决方案的开放性，我们的系统通过提供标准化接口和灵活访问测量的各个方面（输入和输出信号以及处理数据），允许各种组合扫描和传输测量。我们的系统还可以精确控制时间（扫描和传输操作的同步）和执行复杂的反馈协议，因此应该是广泛的兴趣和有用的从业人员在该领域。
2014-10-01 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Electric Current Focusing Efficiency in Graphene Electric Lens
本文从理论上研究了单层石墨烯PN结（PNJ）中电子波的聚焦现象，得到了石墨烯PNJ的电流密度分布，与前人数值计算[Science，315，1252（2007）]中的定性结果吻合较好。另外，我们发现对于对称PNJ，漏极可以收集源极辐射的总电流的1/4。此外，在对称石墨烯npn结中，该比率降低至3/16。所得结果为负折射率系统电透镜的设计提供了一般性的准则。
2011-08-08 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Probing the Anisotropic Fermi Surface in Tetralayer Graphene via Transverse Magnetic Focusing
本文采用横向磁聚焦并结合半经典模型，揭示Bernal堆叠四层石墨烯中两子带聚焦峰及晶体取向依赖，证明三角翘曲导致各向异性费米面和电子轨迹变化。
2024-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous caustics and Veselago focusing in 8-Pmmn borophene p-n junctions with arbitrary junction directions
负折射通常需要复杂的结构工程，而无质量的狄拉克费米子（MDF）穿过\textit{p-n}结是非常自然的，这导致了狄拉克电子光学。与石墨烯中各向同性的MDF相比，涌现的Dirac材料由于其非平凡的能带结构而可能表现出迄今未被识别的现象。在这里，作为一个具体的例子，我们探讨了负折射引起的焦散和Veselago聚焦的倾斜MDF跨越8-\textit{Pmmn}硼\textit{p-n}结。为此，我们开发了一种技术，以有效地构建电子格林函数在\textit{p-n}结与任意结方向。基于分析讨论和数值计算，我们证明了强的依赖性的干涉图案的结方向。当结方向垂直于倾斜方向时，Veselago聚焦或正常焦散（类似于石墨烯中的焦散）出现在\textit{p-n}结的掺杂配置上，否则出现异常焦散（不同于石墨烯中的焦散），其由结方向和掺杂配置操纵。最后，发展的格林函数技术是普遍有前途的，以揭示独特的输运紧急MDFs，和发现的反常焦散线倾斜MDFs狄拉克电子光学的潜在应用。
2019-10-17 cond-mat.mes-hall
Imaging Electron Motion in a Few Layer MoS2 Device
MoS 2的超薄片是一种新发现的2D半导体，在纳米电子学方面具有很大的前景。了解电流的模式对于开发设备至关重要。在这次演讲中，我们展示了冷却到4 K的扫描探针显微镜（SPM）获得的MoS 2中电流的图像。我们以前使用这种技术在GaAs/AlGaAs异质结构和石墨烯中成像电子轨迹。带电荷的SPM针尖正好位于样品表面上方，在设备内部产生图像电荷，散射电子。当针尖在样品上方进行光栅扫描时，通过测量电阻的变化ΔR，获得电子流的图像。我们提出的图像中的二硫化钼设备图案化成一个霍尔条的几何形状的电子流。三层MoS 2片被两个hBN层（顶部和底部）包裹，并被图案化为具有多层石墨烯触点的霍尔棒。SPM图像显示了霍尔密度n = 1.3x10^12 cm^-2时器件末端宽触点的电流模式。SPM尖端倾向于阻塞流动，增加阻力R。还对样品上窄侧接触的流动图案进行成像。在密度n = 5.4x10^11 cm^-2时，SPM图像中看到的图案与宽接触相似。对电子流成像的能力有望对从新的2D材料开发MEMS器件非常有用。
2016-08-07 cond-mat.mes-hall
Topological aspect of graphene physics
本文综述了石墨烯的拓扑结构，重点讨论了无质量狄拉克费米子在有/无磁场作用下的拓扑结构。石墨烯的双狄拉克锥在拓扑上受到手征对称性的保护。石墨烯的量子霍尔效应是通过填充朗道能级的多体态的Berry连接来描述的，其自然具有非阿贝尔规范结构。将拓扑非平凡态作为体-边对应的一般原理应用于有/无磁场的石墨烯，解释了石墨烯的一些特征边界现象。
2010-08-27 cond-mat.mes-hall
Spatially Resolved Optical Excitation of Mechanical Modes in Graphene NEMS
由二维（2D）材料制成的纳米机电系统（NEMS）中的新兴应用需要同时成像和机械模式的选择性致动。聚焦光学探头测量和驱动运动提供了一种可能的解决方案，但其横向空间分辨率必须优于谐振器的尺寸。虽然已知光学干涉测量法具有优异的空间分辨率，但是聚焦的基于激光的光学驱动的空间分辨率目前尚不清楚。在这里，我们结合单独扫描干涉和光学驱动探头映射的运动和悬浮石墨烯纳米机械谐振器上的力。通过分析这些地图与力密度模型，我们确定的光学驱动力的空间分辨率的顺序上的聚焦激光光斑的大小。使用光学力探针，我们证明了选择性的驱动和抑制的一对正交的，反对称的石墨烯谐振器的机械模式。我们的研究结果提供了一个强大的方法来图像和驱动任何任意高阶模式的二维NEMS。
2019-05-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Local electroexfoliation of graphene with a STM tip
石墨表面可以通过几种方法来操纵，以产生不同形状和尺寸的石墨烯结构。扫描隧道显微镜（STM）可以用来创建这些结构，通过机械接触之间的尖端和表面或通过电剥离。在后者中，与所施加的电压剥离的过程中所涉及的机制还没有完全理解。在这里，我们展示了如何石墨表面可以局部剥落，在一个系统的方式，通过施加静电力与STM尖端的边缘的平台，形成三角形的薄片几个纳米的长度。我们演示，通过实验和模拟，这些薄片是如何创建一个两步的过程：首先，电压斜坡必须施加在平台的边缘，然后尖端必须扫描垂直的边缘。从头静电计算表明，石墨表面上的电荷的存在下，削弱层之间的相互作用，允许剥离在相同的电压范围内的实验所使用的。分子动力学模拟表明，局部施加在台阶边缘上的力会产生三角形薄片，如在STM下观察到的那些。我们的研究结果为表面改性提供了新的见解，可以扩展到其他层状材料。
2016-08-16 cond-mat.mes-hall
Ballistic miniband conduction in a graphene superlattice
人工晶格的合理设计产生了简单固体中无法实现的效果，多层半导体的垂直超晶格已经用于光学传感器和发射器。制造横向超晶格仍然是一个更大的挑战，在石墨烯和六方晶体（如氮化硼（h-BN））的范德华异质结构中使用莫尔图案提供了新的机会。迄今为止的实验已经阐明了高度对齐的石墨烯/h-BN异质结构的新颖电子结构，其中电子分散体中的能带边缘和鞍点可以通过静电门控到达。在这里，我们调查的动态莫尔的电子的微带横向电子聚焦，测量磁场中相邻的局部接触之间的弹道输运。在低温下，我们观察到的焦散线跳跃轨道延伸超过数百个超晶格周期，连续的迷你带的回旋革命的逆转，和附近的范霍夫奇点回旋运动的故障。在高温下，我们研究了非弹性散射对电子聚焦的抑制。
2016-03-03 cond-mat.mes-hall
Atomic scale characterization of graphene p-n junctions for electron-optical applications
石墨烯pn结提供了一种通过弹道固态器件中的准直和聚焦来控制电子轨迹的潜在强大方法。pn结控制电子轨迹的能力主要取决于结的掺杂分布和粗糙度。在这里，我们使用四探针扫描隧道显微镜和光谱（STM/STS），以表征两个国家的最先进的石墨烯pn结几何形状在原子尺度上，一个CMOS多晶硅栅极和另一个自然裂解石墨栅极。使用光谱成像，我们的特点是局部掺杂分布和沿pn结。我们发现，现实的结表现出非理想性，无论是在他们的几何形状，以及在整个结的掺杂分布。我们表明，可以通过使用如石墨的范德华金属的解理边缘来定义结的结的几何形状得到改善。我们量化实验结的几何粗糙度和掺杂分布，并使用这些参数在非平衡格林函数为基础的模拟在这些现实的交界处的聚焦和准直。我们发现，为实现Veselago聚焦，这是至关重要的，以尽量减少横向界面粗糙度，只有天然石墨门实现，并减少结宽度，在这两个设备的调查表现不佳。我们还发现，载流子准直目前受到限制的非线性的掺杂分布在整个结。我们的工作提供了当前石墨烯pn结质量的基准，并为未来的改进提供了指导。
2018-10-04 cond-mat.mes-hall
Ballistic transport spectroscopy of spin-orbit-coupled bands in monolayer graphene on WSe$_2$
本研究利用弹道横向磁聚焦探测WSe$_2$上石墨烯的SOC能带分裂与电子动力学，测得约13 meV的SOC强度并发现Rashba SOC及不同动力学信号。
2023-04-14 cond-mat.mes-hall
Fermionic Lensing in Smooth Graphene P-N Junctions
电子波在石墨烯pn结中的聚焦是费米子负折射的显著表现。我们分析了光滑pn结中的透镜效应，发现它与以前研究的尖锐pn结中的透镜效应在几个有趣的方面不同。最重要的是，虽然整体负折射行为保持不变，但由于结中的克莱因隧穿，焦点处的图像经历了额外的加宽。我们开发了一个理论的图像加宽和估计实际感兴趣的系统参数值的影响。
2016-10-01 cond-mat.mes-hall
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
Many-body effects in doped graphene on a piezoelectric substrate
我们研究了压电衬底上石墨烯的多体性质，重点研究了石墨烯电子与压电声学声子之间的相互作用。我们计算了电子和声子的自能以及受衬底声子限制的电子迁移率。我们强调的重要性，适当的筛选的电子-声子顶点和讨论的各种限制行为的电子能量，温度和掺杂水平的函数。比较了压电声学声子和石墨烯本征形变声学声子对石墨烯电子的影响。衬底声子往往占主导地位的本征的低掺杂水平，在高温和低温。
2017-03-28 cond-mat.mes-hall
Spin-dependent electronic lenses based on hybrid graphene nanostructures
我们研究了石墨烯/铁磁绝缘体混合器件中的电子输运。该系统包括一个扶手椅型石墨烯纳米管与透镜形的EuO铁磁绝缘体层沉积在它的顶部。当该设备支持大量的传播模式，电子与铁磁绝缘体的磁性离子的邻近交换相互作用的结果在电子被空间定位在不同的点取决于他们的自旋。我们发现，自旋相关的电子聚焦是稳健的中度边缘无序。通过将第三触点放置在适当的位置，可以产生自旋极化的电流。这打开了利用这些效应来制造极化电子的可调谐源的可能性。
2019-10-17 cond-mat.mes-hall
Hot-carrier photocurrent effects at graphene-metal interfaces
石墨烯的光激发导致一系列有趣的现象，其中一些可以在基于石墨烯的光电子器件中利用。特别地，具有升高的电子温度的电子分布的高效且超快的生成以及在破介界面处的光热电电压的伴随生成对于光感测和光捕获是感兴趣的。在这里，我们实验研究了石墨烯-金属界面处产生的光电流，重点是时间分辨光电流，光子能量，费米能量和光偏振的影响。我们表明，一个单一的框架的基础上光热电光电流的产生解释了所有的实验结果。
2014-11-20 cond-mat.mes-hall
Rashba Spin Orbit Interaction and Birefringent Electron Optics in Graphene
电子光学利用了几何光学中的射线和电子轨迹之间的类比，导致了有趣的见解和潜在的应用。石墨烯具有二维性和载流子的类光子特性，是开发电子光学的理想候选材料。我们发现，在石墨烯中存在Rashba自旋轨道相互作用的情况下，圆形门控区域确实可以表现为Veselago电子透镜，但具有两个不同的折射率。我们证明，这种双折射的结果在复杂的焦散图案的圆形门，选择性聚焦不同的自旋，和可能的直接测量的Rashba耦合强度在扫描探针实验。
2012-11-27 cond-mat.mes-hall
Electron Flow in Circular n-p Junctions of Bilayer Graphene
本文从理论上研究了双层石墨烯弹道环形n-p结中电子的波函数。与单层石墨烯的圆形n-p结的情况类似，我们发现（i）波函数在圆形区域内形成焦散，并且（ii）这些焦散的形状由使用负折射率的概念的几何光学模型很好地描述。在对比单层的情况下，我们表明，强聚焦效应是不存在的双层。我们解释这些发现的角度依赖性的克莱因隧道在平面n-p结。
2009-10-13 cond-mat.mes-hall
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
Imaging electron flow from collimating contacts in graphene
电子在六方氮化硼（hBN）包裹的石墨烯中的弹道运动为电子光学器件提供了令人兴奋的机会。窄的电子束是理想的，平均自由程和相干长度都超过了设备的尺寸。人们可以通过在电子发射器的两侧添加锯齿形接触来在石墨烯中形成准直接触，该锯齿形接触吸收杂散电子以形成准直电子束[23]。在这里，我们提供了从准直接触的电子流的图像，直接显示了电子束的宽度和形状，使用冷却到4.2 K的扫描栅显微镜（SGM）获得。该器件是hBN封装的石墨烯霍尔棒，在通道的任一侧上具有窄侧接触，其在端部具有电子发射器并且在两侧具有吸收之字形接触。为了形成电子流的图像，SGM尖端在样品表面上方的恒定高度处被光栅扫描，同时测量到通道的相对侧上的接收触点的传输。通过显示变化ΔT与尖端位置的关系，获得弹道流的图像。通过施加一个垂直的磁场B，使电子路径弯曲成回旋加速器轨道，可以得到离开准直接触的电子束的角宽度。SGM图像显示，来自准直接触的电子流在B = 0.05T时迅速消失，而来自非准直接触的电子流持续到B = 0.19T。在一定的B和电子密度n范围内，射线追迹模拟与实验图像吻合得很好。通过对实验SGM图像中电子流幅值的半峰半宽（HWHM）进行拟合，发现准直接触下电子流的半峰半宽Δθ = 9.2°，而非准直接触下电子流的半峰半宽Δθ = 54°。
2017-10-27 cond-mat.mes-hall
Klein collimation by rippled graphene superlattice
石墨烯中碳原子的$σ$和$π$轨道的杂化取决于表面曲率。考虑平面和波纹石墨烯子系统之间的单个结，发现由于Klein穿透现象导致的电荷在波纹子系统中的积累，从而产生n-p结。利用这一事实，我们表明，弹道传播的光束中的电子的动量分布可以是选择性的，而无需波导，或外部电场，和/或磁场在石墨烯条下实验可行的一维周期性电位。这种电势是在超晶格的帮助下产生的，超晶格由周期性重复的石墨烯片组成，石墨烯片具有不同的碳轨道杂化，由石墨烯表面曲率的变化产生。由超晶格引起的电荷重新分布和电子的选择性传输允许通过简单地改变超晶格中的元素属性来控制所考虑的系统中的电子聚焦
2019-11-18 cond-mat.mes-hall
Imaging Andreev Reflection in Graphene
沿着弹道路径的相干电荷传输可以通过Andreev反射被引入石墨烯中，对于Andreev反射，电子从超导接触反射为空穴，而库珀对被传输。我们使用液氦冷却的扫描门显微镜（SGM）成像Andreev反射石墨烯在磁聚焦制度，其中载流子沿接触之间的回旋轨道移动。流动的图像是通过偏转载体路径和显示电导的变化而获得的。当电子进入超导体时，Andreev反射的空穴离开收集接触。为了测试结果，我们用大电流和加热到临界温度以上来破坏Andreev反射。在这两种情况下，反射的载流子从空穴变为电子。
2020-03-01 cond-mat.mes-hall
Skyrme crystal in bilayer and multilayer graphene
在Hartree-Fock近似下，研究了Bernal双层和ABC堆叠多层石墨烯在强磁场作用下的二维电子系统的基态.系统的相图，集中在电荷密度波状态，包括谷赝自旋（称为Skyrme晶体）的旋涡状态。这些堆叠的石墨烯中的单电子态由双组分波函数给出。第一激发态朗道能级与普通二维电子的最低朗道能级具有相同的分量。由于这种局域化的波函数，当层间距离假定为无穷小时，Skyrme晶体在多达四层石墨烯的第一激发能级中具有低能量。同时，气泡晶体被抑制，因此相图与单层石墨烯的相图不同。
2012-01-31 cond-mat.mes-hall
Impulsive Hydrodynamic Exfoliation into Monolayer Graphene and Nanofragments by Transonic Flow Focusing
Universidad de Extremadura（埃斯特雷马杜拉大学）；Universidad de Sevilla（塞维利亚大学）；Facultade de Engenharia da Universidade do Porto（波尔图大学工程学院）
提出跨音速流动聚焦（TFF）技术，通过高剪切和拉伸应力在无表面活性剂条件下从石墨烯纳米片悬浮液中一步剥离出单层石墨烯薄片和量子点尺寸的纳米碎片，单层率超过99%。
2026-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
Creating and Steering Highly Directional Electron Beams in Graphene
我们提出了一个概念，以创建高度准直，非色散的电子束在伪相对论狄拉克材料，如石墨烯或拓扑绝缘体表面。结合负折射和克莱因准直在一个抛物线PN结，建议的透镜产生的光束，作为焦距一样窄，保持在几个微米的尺度上聚焦，并可以通过磁场引导而不会失去准直。我们证明了镜头的能力，通过将其应用到两个范例设置的石墨烯电子光学：我们提出了一个设置，用于观察高分辨率的角度依赖性克莱因隧穿，并利用这些聚焦电子波的密切量子经典对应，我们认为高保真横向磁聚焦伴随着模拟电流映射通过扫描门显微镜。我们的提议为下一代石墨烯电子光学实验开辟了新的前景。
2017-02-08 cond-mat.mes-hall
Graphene nanodrums as valleytronic devices
本文研究石墨烯纳米鼓中的电子输运，证明0.1%至1%的微小应变产生的赝磁场可使其成为高效谷极化器、过滤器及电子束准直器，并可用半经典轨迹高效预测器件功能。
2022-02-03 cond-mat.mes-hall
Self-consistent model of edge doping in graphene
位于纳米结构石墨烯边缘附近的掺杂剂的行为与体掺杂剂不同。最值得注意的是，转移到离域状态的电荷量（即掺杂效率）取决于位置以及边缘手性。我们应用自洽的紧束缚模型来分析这个问题，重点是替代氮和硼掺杂。使用格林函数技术，可以研究非常大的结构，避免了周期性重复模拟单元中掺杂剂之间的人工相互作用。我们发现明显的签名的边缘在当地的杂质态密度。重要的是，掺杂效率被发现振荡与亚晶格位置，特别是，掺杂剂附近的锯齿形边缘。最后，为了评估电子-电子相互作用的影响，我们计算了自能校正的格林函数。
2015-03-03 cond-mat.mes-hall
Veselago lensing in graphene with a p-n junction: classical versus quantum effects
针对实际的注入引线，数值研究了具有pn结的石墨烯中Veselago透镜的可行性。两种不同的设置与两个狭窄的领导被认为是吸收或反射侧边。这使我们能够分别确定散射对边缘和p-n界面的电子聚焦的影响。半经典和紧束缚模拟都显示出一个独特的峰值，这是由于Veselago透镜效应的传输概率。我们调查的鲁棒性上的注入器的宽度，p-n接口的位置和不同的栅极电位分布的峰值。此外，散射的影响被认为是由短程和长程杂质。
2015-09-08 cond-mat.mes-hall
Topological analysis of the quantum Hall effect in graphene: Dirac-Fermi transition across van Hove singularities and the edge vs bulk quantum numbers
受最近在石墨烯中发现的一种特殊的整数量子霍尔效应（QHE）的启发，我们从拓扑量子数的角度研究了蜂窝晶格上的QHE，有两个方面的兴趣：第一，紧束缚带中心的零质量Dirac QHE如何与带边的普通有限质量费米子QHE交叉。第二，对于包括狄拉克和普通行为的整个谱，体QHE与边缘QHE是如何相关的。我们发现：（i）零质量狄拉克QHE一直持续到范霍夫奇点，在范霍夫奇点处，普通费米子行为突然接管。在这里，格点规范理论发展的一种技术使我们能够计算整个谱上拓扑数的行为。该结果表明拓扑量子数的稳健性，并且如果化学势可以在石墨烯中的宽范围内变化，则应该是可观察的。(ii)为了观察蜂窝晶格在产生反常QHE中是否是奇异的，我们系统地研究了正方形蜂窝- $π$ -通量晶格，通过引入对角转移$t'$对其进行扫描。我们发现，无质量的Dirac QHE形成一条临界线，也就是说，在布里渊区中的Dirac锥的存在被$t'$的包含所保持，并且Dirac区与普通区并排存在，贯穿整个变换过程。(iii)我们比较了由Chern数在整个变换过程中的绝热连续性得到的体QHE数和数值计算得到的由具有边缘的样品的整个能谱计算的边缘QHE数，这表明体QHE数与普通晶格中的边缘QHE数在整个晶格变换过程中一致。
2006-07-26 cond-mat.mes-hall
Pseudomagnetic focusing of valley-polarized beams in strained graphene
AGH University of Science and Technology（亚捷隆理工大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；University of Antwerp（安特卫普大学）；National Cheng Kung University（国立成功大学）；Slovak Academy of Sciences（斯洛伐克科学院）
本文通过可扩展紧束缚模型研究应变石墨烯中赝磁输运，展示弯曲石墨烯带可实现谷极化聚焦电流与电导振荡，为应变电子学提供新框架。
2026-10-22 cond-mat.mes-hall
Gate-controlled Guiding of Electrons in Graphene
弹道半导体结构已经允许在电子学中实现类似光学的现象，包括磁聚焦和透镜效应。石墨烯独有的一个扩展是使用n和p载流子类型来创建具有正折射率和负折射率的光学器件的电子模拟物。在这里，我们使用p和n载流子类型的门控密度来演示石墨烯中光纤引导的模拟。研究了两种基本效应：（1）基于通过石墨烯p-n界面的角度选择性传输原理的双极pn结引导，以及（2）单极光纤引导，使用由载流子密度控制的全内反射。调制的引导效率，通过门的演示和数值模拟相比，这表明，界面粗糙度限制引导性能，与几个纳米的有效粗糙度提取。石墨烯中p-n和光纤引导的发展可能导致高迁移率器件中的电可重构布线。
2010-12-27 cond-mat.mes-hall
Electronic States and Local Density of States in Graphene with a Corner Edge Structure
我们研究了具有角边的半无限石墨烯的电子态，重点研究了零能量下边缘局域态的稳定性。对60°、90°、120°和150°角边进行了检查。60°和120°角边缘由两个锯齿形边缘组成，而90°和150°角边缘由一个锯齿形边缘和一个扶手椅边缘组成。在最近邻紧束缚模型的基础上，利用Haydock的递归方法，数值计算了局域态密度。我们发现，除了120°的情况之外，边缘局域态沿着每个角边缘结构的锯齿形边缘出现。为了深入了解这种行为，我们分析了电子态在零能量的有效质量方程的框架内。该分析的结果与LDOS的行为一致。
2011-09-28 cond-mat.mes-hall
Direct evidence of Klein-antiKlein tunneling of graphitic electrons in a Corbino geometry
单层石墨烯p-n结器件中电子光学输运测量的传统方法是在Hallbar磁聚焦装置中进行负折射和手征透射实验。我们展示了克莱因（单层）和反克莱因（双层）隧穿的直接签名与圆形的"无边"科尔比诺几何形状的门控石墨烯pn结。特别值得注意的是在双层石墨烯的磁导数据中出现角最佳点（布鲁斯特角），这使迎面传输最小化，与传统的菲涅耳光学器件或单层石墨烯相反，其显示传输路径的尖锐准直。双层磁导图上的局部最大值随着掺杂密度的增加而迁移到更高的场。这些实验结果与详细的数值模拟和分析预测吻合得很好。
2022-10-19 cond-mat.mes-hall
Wave packet revivals in a graphene quantum dot in a perpendicular magnetic field
在理论框架下，研究了在垂直向磁场作用下石墨烯量子点中局域波包的时间演化规律，重点研究了不同磁场强度下的准经典周期和回复周期.我们考虑了布里渊区中两个不等价点的贡献。已发现的复苏时间作为一个观察到的破谷简并。
2010-09-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Observation of angle-dependent transmission of Dirac electrons in graphene hetero junctions
石墨烯中的载流子的相对论性质预计会导致通过势垒的角度依赖性传输，其中克莱因隧穿涉及势垒边缘处的电子和空穴的湮灭。在门控石墨烯器件中已经观察到克莱因隧穿的签名，但尚未直接观察到透射概率的角度依赖性。在这里，我们展示了通过具有直引线和成角度引线的准弹道石墨烯异质结的角度依赖性传输的测量，其中势垒高度由共享栅电极控制。使用平衡差分测量技术，我们隔离的角度依赖的贡献，从其他角度不敏感，栅极依赖和设备依赖的效果的电阻。我们发现大的振荡的传输作为势垒高度的函数在克莱因隧道的情况下，在45度角相比，正常的入射。我们的结果是一致的模型，预测由于在弹道屏障的手征载流子的干扰的传输概率的振荡。观察到的角度依赖性是电子聚焦和在石墨烯中实现Veselago透镜的关键因素。
2014-01-28 cond-mat.mes-hall
Imaging ballistic carrier trajectories in graphene using scanning gate microscopy
我们使用扫描门显微镜绘制出弹道载流子在高迁移率石墨烯封装的六方氮化硼和受到弱磁场的轨迹。我们采用了一个磁聚焦几何图像载体出现弹道从注射器，遵循回旋加速器的路径，由于洛伦兹力从一个施加的磁场，并土地上相邻的收集器探头。扫描尖端在载流子附近产生的局部电场使它们的轨迹偏转，从而改变聚焦到收集器中的载流子的比例。通过测量收集器上的电压，同时扫描尖端，我们能够获得与预期的回旋运动一致的电弧图像。我们还表明，尖端可以用来重新定向错位载流子回到集电极。
2015-12-15 cond-mat.mes-hall
Veselago focusing of anisotropic massless Dirac fermions
无质量狄拉克费米子（MDF）作为准粒子出现在各种新型材料中，如石墨烯和拓扑绝缘体，它们表现出一些有趣的性质，其中Veselago聚焦是一个具有许多可能应用的突出例子。然而，到目前为止，Veselago聚焦仅发生在基于各向同性结的pn结器件中，其缺乏实际应用所需的可调谐性。在此，受新型狄拉克材料出现的启发，我们研究了在这种pn结结构中的各向异性MDF的传输行为。通过将各向异性介质的哈密顿量投影到各向同性介质的哈密顿量上并推导出传播子的精确解析表达式，证明了精确的Veselago聚焦，而不需要电子源及其聚焦像的镜像对称性。我们展示了一个可调的聚焦位置，可用于在设备中探测掩蔽的原子级缺陷。该研究为实现与潜在应用相关的Veselago聚焦提供了一个创新的概念，并为利用各向异性的电子光学器件的设计铺平了道路。
2018-05-22 cond-mat.mes-hall
Enhanced asymmetric valley scattering by scalar fields in non-uniform out-of-plane deformations in graphene
我们研究了石墨烯中高斯凸点形式的局部离面应变形变产生的电子散射。特别感兴趣的是，考虑到标量场与电荷的重新分布，由于变形，并在同一个基础上的伪磁场。工作与玻恩近似的方法，我们分析表明，即使当一个相对较小的标量场被认为是一个相当强大的谷非对称散射可能会出现作为一个功能的能量和入射角。此外，我们还发现，随着入射能量的增加，谷极化可以反转其符号。如果忽略标量场，则这些行为完全不存在。这些结果得到了电子波包的量子动力学模拟的支持。局部应变石墨烯中的波包的平均轨迹的结果清楚地示出了通过标量场的存在而增强的聚焦和分束效应，这在谷电子器件的实现中可能是感兴趣的。
2018-10-16 cond-mat.mes-hall
Electron optics with ballistic graphene junctions
穿过弹道半导体结传输的电子经历折射，类似于穿过光学边界的光线。理论上，PN结提供了负折射率介质的等效物，从而实现了诸如负折射和完美（Veselago）透镜的新型电子光学。在石墨烯中，线性色散和零带隙能带结构允许通过简单的静电门控实现高度透明的PN结，这在传统半导体中无法实现。此外，还实现了室温下微米尺度的弹道输运，为实现新一代电子透镜器件提供了理想的平台。然而，这些影响的有力证明尚未出现。在这里，我们采用横向磁聚焦探测传播通过静电定义的石墨烯结。我们发现完美的协议与预测的斯内尔法律的电子，包括观察到的积极和消极的折射。通过PN结的谐振传输提供了一个直接测量的角度依赖的传输系数，我们证明了良好的协议与理论。将实验数据与模拟结果进行比较，揭示了有效结宽的重要作用，为今后的器件设计提供了指导。我们的研究结果为实现基于石墨烯PN结的新型电子光学铺平了道路。
2016-02-26 cond-mat.mes-hall
Flat-lens focusing of electrons on the surface of a topological insulator
提出了在三维拓扑绝缘体（如Bi 2 Te 3）的导电表面上实现电子Veselago透镜。这种平面透镜所需的负折射是由于费米面曲率的符号变化，即在足够大的静电势阶跃上从圆形变为雪花状。不需要带间跃迁（如石墨烯）。由于这个原因，并且因为拓扑绝缘体提供了对反向散射的保护，所以电势阶跃能够聚焦宽范围的入射角。我们计算量子干涉图案产生的点源，推广类似的光学计算，包括非圆形费米面（具有非零圆锥常数）的影响。
2010-05-27 cond-mat.mes-hall
Electronic and magnetic properties of graphene-fluorographene nanoribbons: Controllable semiconductor-metal transition
本文通过DFT和有效Hubbard模型研究了嵌入氟化石墨烯中的石墨烯纳米带，发现αα体系为反铁磁半导体，αβ体系为铁磁且随宽度发生半导体-金属转变，为氟化调控石墨烯性质及器件应用提供了理论基础。
2024-09-30 cond-mat.mes-hall
