Interface states in bilayer graphene and valleytronics
我们研究了导电和绝缘双层石墨烯（BLG）之间的界面附近的状态，并表明它们具有非常不寻常的特性，在传统系统中没有类似的。此外，属于BLG的布里渊区中的两个独立谷的状态显示出对比的性质，其允许相对更容易的实验实现谷电子学中期望的各种基于谷的功能，而不需要任何复杂的技术。
2011-04-19 cond-mat.mes-hall
Helical scattering and valleytronics in bilayer graphene
我们描述了一个角度不对称的界面散射机制，它允许在空间上分离的电子在两个低能量的双层石墨烯谷。该效应发生在静电定义的界面分离不同的赝自旋极化的区域，并与跨界面的赝自旋矢量的螺旋缠绕相关联，这打破了每个谷中的反射对称。电子在其中一个谷中的大能量范围内以高达60度的优选方向传输，并且在另一个谷中以-60度的优选方向传输。在Y结几何结构中，这可以用于创建和检测谷偏振。
2010-11-04 cond-mat.mes-hall
Optical valleytronics in gapped graphene
提出了一种利用圆偏振光和微尺度金属谐振腔在带隙狄拉克系统中捕获和过滤电子的方案。允许选择的主要机制是时间反演对称性的谷依赖性破坏。事实上，在一个山谷中，光线部分关闭了已经存在的差距，而在另一个山谷中则打开了它。这种靠近狄拉克点的能带结构的差异引起电子动力学的变化，导致系统的谷路由器行为。
2019-01-21 cond-mat.mes-hall
The VOI-Based Valleytronics
讨论了谷轨相互作用（VOI）和基于VOI的谷电子学概念。这种谷电子学的潜力被示出，石墨烯作为示例材料，在包括FET、量子计算和量子通信的若干前沿应用中。讨论了两个重要的器件作为示例，即，1）耦合的石墨烯量子点中的谷对量子比特，以构建由石墨烯和光子组成的量子网络，以及2）由石墨烯量子线（沟道）和扶手椅型石墨烯纳米带（源极和漏极）组成的基于谷的FET，以构建基于石墨烯的低功率FET电路。该演示使基于VOI的谷电子成为电子领域一个有吸引力的研发方向。
2013-02-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Strain-Modulated Graphene Heterostructure as a Valleytronic Current Switch
应变工程是一种很有前途的方法，用于抑制由克莱因隧道效应引起的石墨烯基器件的关态电导。在这项工作中，我们推导出一个全面的紧束缚哈密顿应变石墨烯，其中包括应变诱导的影响，迄今被忽略，如应变下的单位细胞的变形，应变对下一个最近邻耦合的影响，和应变张量的二阶贡献。我们推导出相应的低能有效哈密顿量的狄拉克点和重新制定的边界条件之间的界面应变和非应变石墨烯在光的额外条款的哈密顿量。通过应用这些边界条件，我们评估了应变石墨烯异质结构的传输，该异质结构由夹在两个无应变引线之间的中心段组成。传输电流的调制可以通过改变所施加的应变的大小和方向以及通过施加栅极电压来实现。基于实际的参数值，我们预测，高达$10^{12}$的高开-关比以及高电流谷极化可以在应变调制器件中实现。
2021-08-24 cond-mat.mes-hall
Strained graphene structures: from valleytronics to pressure sensing
由于其强键，石墨烯可以拉伸到其原始尺寸的25%而不会断裂。此外，机械变形导致产生可超过300 T的伪磁场（PMF）。所产生的PMF对于来自不同谷的电子具有相反的方向。我们表明，谷极化电流可以产生多终端石墨烯设备的局部应变。由类高斯变形产生的伪磁场允许来自仅一个谷的电子传输，并且在局部应变区域的相对侧处产生来自单个谷的电子流。此外，在石墨烯膜的两侧之间施加压力差会导致其弯曲/凸起，从而导致电阻变化。我们发现，小半径的气泡的电阻随压力线性变化，而响应成为非线性的气泡几乎拉伸到样品的边缘。这被解释为由于气泡内传播的电子模式的强干扰。我们的计算表明，可以通过这种方式获得高的规范因子，这使得石墨烯成为压力传感的良好候选者。
2017-11-21 cond-mat.mes-hall
Easy-to-configure zero-dimensional valley-chiral modes in a graphene point junction
本文提出一种石墨烯点结器件架构，通过易配置、可切换的零维谷手性PN结实现约80%极化率的谷电流，为可扩展谷电子学提供新构建模块。
2024-04-02 cond-mat.mes-hall
Opto-Valleytronic Spin Injection in Monolayer MoS2/Few-Layer Graphene Hybrid Spin Valves
二维（2D）材料提供了用于自旋电子学和谷电子学的独特平台，这是由于能够将非常不同的功能组合到一个垂直堆叠的异质结构中，其中每种组成材料的强度可以补偿其他组成材料的弱点。石墨烯已被证明是在室温下用于自旋输运的特殊材料，然而它缺乏自旋和光学自由度的耦合。相反，自旋/谷极化可以有效地产生在单层过渡金属二硫属化物（TMD），如MoS 2通过吸收圆偏振光，但横向自旋或谷传输尚未实现在室温下。在这封信中，我们制作单层二硫化钼/少层石墨烯混合自旋阀，并证明，第一次，光电子自旋注入跨TMD/石墨烯界面。我们观察到自旋极化的大小和方向是由螺旋度和光子能量控制的。此外，Hanle自旋进动测量证实了光学自旋注入，自旋运输，和电检测到室温。最后，通过一维漂移扩散模型的分析，量化了光注入的自旋电流和自旋输运参数。我们的研究结果表明，二维自旋电子/valleytronic系统，实现在室温下在一个单一的设备，这为多功能的二维自旋电子器件的存储器和逻辑应用铺平了道路的光学自旋注入和横向自旋输运。
2017-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Semiconductor Meta-Graphene and Valleytronics
University of Texas at Dallas（德克萨斯大学达拉斯分校）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), CSIC and BIST（加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所（ICN2，CSIC和BIST））；Center for Integrated Nanotechnologies, Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室集成纳米技术中心）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
本文通过人工石墨烯研究了半导体元-graphene的谷电子特性，展示了AhBN的拓扑谷Hall态及其对 Disorder 的鲁棒性，为低能耗微电子应用提供了新思路。
2025-10-06 cond-mat.mes-hall
Electron Tunneling in Monolayer and Bilayer Graphene
利用全紧束缚模型研究了单层和双层石墨烯晶格中电子隧穿势垒的行为。重点讨论了共振隧穿特性和谷间散射几率。结果表明，单层和双层石墨烯的垂直入射透射概率表现出不同的性质。计算结果表明，石墨烯体系中的谷电子可以通过改变外电势的结构参数来检测、产生和控制。
2008-08-22 cond-mat.mes-hall
Graphene Nanobubbles as Valley Filters and Beamsplitters
石墨烯的低能能带结构在布里渊区的K和K'点处具有两个不等效的谷。操纵这种谷自由度的可能性定义了谷电子学的领域，自旋电子学的谷模拟。谷电子器件的一个关键要求是能够通过过滤和空间分裂谷来打破谷简并，以产生谷极化电流。在这里，我们提出了一种方法来获得谷极化使用应变引起的非均匀伪磁场（PMF），这对两个山谷不同的行为。值得注意的是，所提出的方法不涉及外部磁场或磁性材料，如先前的提议。在我们的提议中，应变是由于实验上可行的纳米气泡（但任何局部变形都可以）：相关的PMF导致K和K'电子的不同真实空间轨迹，从而允许单独解决两个谷。通过这种方式，石墨烯纳米气泡可以在谷过滤和谷分裂设备中被利用，并且我们的模拟显示，根据变形场，许多不同的功能是可能的。
2017-01-10 cond-mat.mes-hall
Light-Induced Valleytronics in Pristine Graphene
二维六角材料中的电子具有谷自由度，可用于量子信息的编码和处理。由与材料带隙共振的圆偏振光控制的谷选择性激发仍然是谷电子学的基础。通常假设，由于系统的反转对称性，用全光学手段在原始石墨烯中实现谷选择性激发是不可能的。在这里，我们证明了谷选择性激发和谷选择性高次谐波产生可以在原始石墨烯中通过使用两个反向旋转的圆偏振场（基波和其二次谐波）的组合来实现。控制两种颜色之间的相对相位使我们能够选择产生电子空穴对和高阶谐波的谷。我们还描述了一种用弱探测脉冲测量石墨烯谷偏振的全光学方法。这项工作提供了一个强大的配方写入和读取谷选择性电子激发材料的零带隙和零贝里曲率。
2021-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Photo-induced valley currents in strained graphene
理论结果表明，石墨烯光谱的应变诱导各向异性引起的谷电流下，垂直入射光的照明。两个石墨烯谷的电流相互补偿，提供零净电流。谷电流的大小和方向由应变和光偏振参数决定。对于不太高的光子能量，应变诱导的谷电流超过由于石墨烯光谱的固有弯曲，这表明应变介导的谷电子学的可行性。
2014-06-04 cond-mat.mes-hall
Directional control of charge and valley currents in a graphene-based device
我们提出了一个金属器件中的方向开关效应。为此，我们利用石墨烯为基础的设备与三个终端的几何结构中存在的磁场。我们发现，单向电荷和谷电流可以控制的费米能量和磁场方向的有源器件。有趣的是，在相同的偏置电压下，在两端之间产生电荷和谷的单向传输。此外，我们量化的谷去极化作为无序浓度的函数。我们的研究结果为基于石墨烯的有源谷电子器件开辟了一条道路。
2018-12-11 cond-mat.mes-hall
Theory of valley-dependent transport in graphene-based lateral quantum structures
二维（2D）材料中电子态的调制可以通过使用横向量子结构中的带隙或平均电势的面内变化来实现。在具有六方对称的原子构型中，这种方法使得有可能针对潜在的器件应用定制谷电子特性。在这项工作中，我们提出了一个多带理论来计算基于石墨烯的横向量子结构中的谷依赖电子输运。作为一个例子，我们考虑具有单一界面的结构，该界面具有能隙或势不连续性。理论形式主义的紧束缚描述内进行，首先推导出本地散装复杂的能带结构在一个恒定的间隙或潜在的区域，接下来，加入本地波函数通过细胞平均电流运营商，以确保当前的连续性的界面。该理论被应用于研究电子反射和透射通过界面。发现反射和透射都表现出谷对比度行为，其可用于产生谷极化电子源。结果随着界面的类型以及单层和双层石墨烯基结构之间而变化。在单层的情况下，谷对比度源于能带弯曲，并且仅对于高能量的入射载流子变得相当大;而在AB堆叠的双层石墨烯中，垂直层间耦合作为谷对比度的另一个重要原因出现，并且还发现有利的载流子能量显著降低。我们的数值计算结果清楚地表明了双层石墨烯结构的有利的谷电子特性。
2016-05-07 cond-mat.mes-hall
Generation of pure bulk valley current in graphene
谷电流的产生是石墨烯谷电子学中的基本目标，但其实现的实际方法还不为人所知。我们提出了一个可行的方案，通过在悬浮区的应变和化学势的绝热循环变形的石墨烯机械谐振器中的体谷电流的产生。伴随的应变规范场可以破坏两个不等价谷内问题的空间镜像对称性，导致由于量子泵浦而产生的有限谷电流。设计了一种全电测量结构，用纯体谷电流检测新态。
2013-01-24 cond-mat.mes-hall
On the local aspect of valleytronics
本文提出局域谷磁矩概念，证明在具有反演对称性的非均匀结构（如无带隙单层石墨烯锯齿形纳米带）中可实现非零局域谷磁矩，并可通过外部场进行局域控制，为“局域谷电子学”开辟新路径。
2023-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-induced pseudo-magnetic field for novel graphene electronics
石墨烯中特殊的应变几何结构可以导致10 T量级的均匀伪磁场，并可能在石墨烯纳米电子学中开辟有趣的应用。通过对100 nm大小的实际应变石墨烯片的量子输运计算，我们研究了利用这种效应用于实际电子和谷电子设备的可能方法。首先，我们发现，在粗糙的边缘的弹性背散射导致形成良好定义的运输间隙的顺序为100meV下的适度的最大应变为10%。其次，实际磁场的应用引起了来自不同谷的状态在空间和能量上的分离，从而产生了一种引起对短程散射不敏感的体谷极化的方式。
2010-09-20 cond-mat.mes-hall
Recent advances of defect-induced spin and valley polarized states in graphene
石墨烯独特的二分蜂窝晶格结构和极弱的自旋-轨道耦合使电子具有四重自旋简并和谷简并，可以支持一系列对称性破缺态。石墨烯中的原子级缺陷有望在纳米尺度上提升这些简并自由度，从而导致丰富的量子态，突出了自旋电子学和谷电子学的有前途的方向。本文主要综述了近年来扫描隧道显微镜（STM）在石墨烯中单个原子尺度缺陷（包括单碳空位、氮原子掺杂和氢原子化学吸附）引起的自旋和/或谷极化态的研究进展。最后，我们给出了该领域的展望。
2022-06-13 cond-mat.mes-hall
Tunnel Valley Current Filter in the Partially Overlapped Graphene under the Vertical Electric Field
本文研究垂直电场下部分重叠石墨烯中的隧道电流与谷电流关联，发现谷间透射中衰减因子相位差导致谷选择性输出，提出无边缘态带隙作为谷电子学新平台。
2023-10-31 cond-mat.mes-hall
Half-Valley Ohmic Contact and Contact-Limited Valley-Contrasting Current Injection
本文提出基于铁谷半导体/石墨烯异质结构的半谷欧姆接触，通过接触限制的谷对比电流注入实现栅极可调的谷极化电流，为谷电子器件提供了新的功能构建模块。
2023-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Valley switch in a graphene superlattice due to pseudo-Andreev reflection
石墨烯中的狄拉克电子具有谷自由度，其被探索为信息载体。在“谷电子学”的上下文中，人们试图连贯地操纵谷指数。在这里，我们表明，从超晶格电位的反射可以提供一个谷开关：电子接近一个原始的石墨烯-超晶格-石墨烯界面附近的垂直入射被反映在相反的谷。我们确定这个谷开关的拓扑起源，通过映射到从拓扑超导体的Andreev反射的问题，与电子空穴自由度发挥作用的谷指数。谷开关在超晶格势的对称点处是理想的，但在宽的参数范围内保持接近100%。
2018-06-05 cond-mat.mes-hall
Inverse Design of a Graphene-Based Quantum Transducer via Neuroevolution
我们介绍了一个基于人工神经网络，遗传算法和紧束缚计算的逆向设计框架，能够优化非常大的配置空间的纳米电子器件。我们的非线性优化程序通过控制不同掺杂区域的增长政策的超算子对试验哈密顿算子进行操作。我们证明，我们的算法优化了掺杂的石墨烯为基础的三端设备的valleytronics应用，单调收敛到可合成的设备具有高价值函数在几千个评估（出$\simeq 2^{3800}$可能的配置）。性能最佳的器件允许具有$\simeq 96$ \%（$\simeq 94\%)$ $K$（$K'$）谷纯度的谷电流的终端特异性分离。重要的是，通过我们的非线性优化程序发现的设备具有更高的优值函数和更高的鲁棒性缺陷比通过几何优化获得的。
2021-02-24 cond-mat.mes-hall
Pseudospin rotation and valley mixing in electron scattering at graphene edges
在石墨烯中，赝自旋和谷味作为新类型的量子自由度出现，这是由于蜂窝晶格分别包括布里渊区中的两个子晶格（A和B）和两个不等价的狄拉克点（K和K '）。石墨烯独特的电子性质导致了诸如克莱因隧道效应、维斯拉格透镜和谷极化电流等引人注目的现象。在这里，我们调查的赝自旋和谷在石墨烯边缘的电子散射的作用，并表明它们是强烈相关的短波长振荡和缓慢衰减的拍模式的电荷密度调制。用最近邻紧束缚方法和第一性原理密度泛函理论计算的理论分析与我们的扫描隧道显微镜的实验数据吻合得很好。我们相信，这项研究将导致有用的应用石墨烯的“谷电子学”和“赝自旋电子学”。
2011-02-07 cond-mat.mes-hall
Orbital Multiferroicity in Pentalayer Rhombohedral Graphene
本研究在五层菱方石墨烯中发现新型轨道多铁性，观测到谷-磁四重态与蝶形磁滞，可通过电场独立或共同非易失切换铁性序，为低功耗谷电子与磁器件提供新方向。
2023-09-30 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
Quantum Transport Spectroscopy of Pseudomagnetic Field in Graphene
针对石墨烯赝磁场难以通过宏观输运定量检测的问题，本研究利用高迁移率石墨烯舒勃尼科夫-德哈斯振荡的拍频模式，实现了毫特斯拉级赝磁场的提取，为狄拉克材料应变规范场探测及相关器件研发提供了新方法。
2025-11-18 cond-mat.mes-hall
Resonant Tunneling through double-bended Graphene Nanoribbons
我们从理论上研究了通过双弯曲石墨烯纳米结构的共振隧穿，即，扶手椅边缘的石墨烯纳米带（AGNR）在两个半无限锯齿形石墨烯纳米带（ZGNR）引线之间。我们的数值计算结果表明，共振隧穿可以显着调谐的费米能量和长度和/或宽度的AGNR的金属和类超导AGNR。该结构还可以用于控制隧穿电流的谷极化，并且可以用于谷电子器件的潜在应用。
2008-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room Temperature Valley Polarization and Coherence in Transition Metal Dichalcogenide-Graphene van der Waals Heterostructures
由石墨烯和过渡金属二硫属化物（TMD）制成的范德华异质结构是用于光电、自旋电子和谷电子器件的新兴平台，其可以受益于（i）TMD中的强的光-物质相互作用和自旋谷锁定以及（ii）石墨烯中的特殊的电子和自旋输运。这种器件的操作需要显著的谷极化和谷相干性，理想地高达室温。在这里，使用一个全面的穆勒偏振分析，我们报告\textit{artifact-free}室温度的谷极化高达$40~\%$，值得注意的是，谷相干高达$20~\%$在单层二硫化钨（WS $_2$）/石墨烯异质结构。即使在低温下，二硒化钼（MoSe $_2$）中的谷反差也特别难以实现。在将单层MoSe $_2$与石墨烯接合时，谷极化和相干性的室温程度分别与$14~\%$和$20~\%$一样高。我们的研究结果进行了讨论，根据最近的报道，高效的层间耦合和激子转移的TMD/石墨烯异质结构和室温手性轻物质相互作用和相干光谷电子器件的承诺。
2018-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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 field mechanics: a local perspective beyond valley flavor
2D材料中的谷电子学-主要是石墨烯和过渡金属二硫属化物-植根于谷味的存在，但延伸到丰富的局部物理维度，如本文所述，广泛研究和证明的那样，在局部的金兹伯格-朗道序参量型场-谷场方面。一个理论框架-谷场力学，从而出现，以解决当地的物理和开辟了一条道路，当地谷控制。各种结构的数值和分析结果。揭示了一系列新颖的局部现象，其特征与基于谷风味的期望或约束明显矛盾，从而实现灵活的谷控制-例如，先前建立的对称性和材料限制都被放松，无间隙单层石墨烯，一种具有反转对称性的材料现在被添加到材料列表中，用于相对简单的谷电子学实现。非山谷目标的应用也可以受益于当地的山谷物理，与直接和间接的差距之间的电气开关的访问。最后，将谷场力学框架应用于谷控量子输运。总的来说，揭示的各种各样的局部谷现象表明了谷场工程的新的令人兴奋的方向-设计和搜索量子结构，以定制局部谷物理的应用。
2022-10-05 cond-mat.mes-hall
Valley-dependent transport in strain engineering graphene heterojunctions
研究了应变对石墨烯异质结能带结构和谷依赖输运性质的影响。研究发现，利用应变能和在位能可以实现电子的谷依赖分离。在应变存在的情况下，通过改变应变的大小可以有效地调节透射率的大小，而传输角基本保持不变。当额外的现场能量同时施加到中心散射区域时，不仅谷K和K'的电子在相反的横向方向上分离成两个不同的传输波瓣，而且两个谷的传输角可以显著改变。因此，可以通过改变应变和现场能量的强度和拉伸角度来实现谷依赖性传输的有效调制，这可以用于基于石墨烯的谷电子器件。
2021-10-01 cond-mat.mes-hall
Valley filters using graphene blister defects from first principles
本文通过第一性原理和紧束缚模型研究石墨烯泡缺陷的谷输运性质，发现特定缺陷可抑制K到K′谷间跃迁，并利用共振散射能量分裂实现栅压调控的完全谷极化电流。
2023-08-12 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Current splitting and valley polarization in elastically deformed graphene
石墨烯的弹性形变可以显著改变电流的流动路径和谷极化。我们研究这些现象在石墨烯纳米带与本地化的面外变形通过紧束缚输运计算。这种变形可以将电流分成两束几乎完全谷极化的电子，并产生谷电压。这些属性被观察到一个相当广泛的实验参数。我们提出了一种谷电子纳米器件，其中电子的高极化伴随着高透射率，使得该器件非常有效。为了更好地理解这些效应，我们还在连续极限下对系统进行了处理，其中电子激发可以用耦合曲率和赝磁场的Dirac方程来描述。半经典轨迹则提供了一个额外的洞察力的平衡作用在电子上，并提供了一个方便的工具，预测的行为电流流动路径。所提出的装置也可以用于石墨烯变形的灵敏测量。
2019-03-11 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
Realization of a Valley Superlattice
在许多被广泛研究的材料中，例如Si、AlAs、Bi、石墨烯、MoS2和许多过渡金属二硫属化物单层，电子在简并导带最小值（也称为“谷”）处获得额外的类自旋自由度。外部对称性破缺场，如机械应变，或电场或磁场，可以调整这些材料的谷极化，使它们成为“谷电子学”的合适候选者。在这里，我们研究的量子阱的铝，其中的二维电子驻留在两个能量简并谷。通过在样品表面上制造应变诱导光栅，我们设计了不同谷中电子布居的空间调制，即，量子阱平面中的“谷超晶格”。我们的研究结果建立了一种新的谷自由度的操作技术，铺平了道路，实现谷选择性分层结构的多谷材料，在谷电子学的潜在应用。
2018-07-25 cond-mat.mes-hall
Quantized transport, strain-induced perfectly conducting modes and valley filtering on shape-optimized graphene Corbino devices
石墨烯的极端机械弹性及其在晶格和电子自由度之间的特殊耦合已经产生了对应变工程石墨烯的强大推动力，一方面，应变增强了其现象学的丰富性，并使电子设备的新概念成为可能，另一方面，新的和极端的物理学可能会发生。在这里，我们证明了支持石墨烯片的衬底的形状可以被优化为可接近的实验，其中应变诱导的伪磁场（PMF）可以通过压力来定制，以定向选择性电子传输和夹断电流流动到量子信道极限。这里探索的Corbino型布局还允许根据谷和电流方向过滤载流子，其可以用于注入或收集谷极化电流，从而实现谷电子学所需的基本元件之一。我们的研究结果是基于一个框架开发，以切实确定应变，外部参数和几何形状的组合，最佳兼容的目标空间轮廓所需的物理特性-在这种情况下的PMF。通过量子输运计算具有最佳形状的大型石墨烯器件上的特征电导分布进行了分析。
2017-08-15 cond-mat.mes-hall
Switchable valley filter based on a graphene $p$-$n$ junction in a magnetic field
石墨烯中的低能激发由于第一布里渊区中的狄拉克点附近的线性色散关系而表现出相对论性质。位于第一布里渊区对角的两个狄拉克点可以被选择为不等价的，代表了一个新的谷自由度，除了电子的电荷和自旋。使用谷自由度来编码信息吸引了大量的兴趣，无论是理论上还是实验上，并引起了谷电子学领域。我们研究了石墨烯$p$结在均匀的面外磁场中作为产生和可控操纵电子谷极化的平台。我们表明，通过调整外部电位引起的$p$ - $n$结，我们可以切换电流从一个谷极化到其他。我们还考虑了不同类型的边缘终端的效果，并提出了一种设置，在这里我们可以将输入的谷非极化电流分为两个分支的谷极化电流。可以通过使用栅极改变$p$ - $n$结的位置来选择分支比。
2017-05-24 cond-mat.mes-hall
Quantum capacitance in monolayers of silicene and related buckled materials
硅烯及其相关的屈曲材料由于强的自旋轨道耦合和屈曲结构而不同于传统的二维电子气和著名的石墨烯。这些材料有可能克服石墨烯遇到的限制，特别是零带隙和弱自旋轨道耦合。我们提出了一个量子电容的理论实现，它具有传统的运输测量的散射问题的优势。我们推导并讨论了量子电容作为费米能量和温度的函数，考虑到电子空穴通过高斯加宽分布的水坑。我们的预测结果是非常令人兴奋的，为未来的自旋电子和谷电子器件铺平了道路。
2015-10-22 cond-mat.mes-hall
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
A controllable valley polarization in Graphene
研究了具有扩展线缺陷的石墨烯中不同锥形谷的电子输运。有趣的是，具有一定入射角的电子可以被由多个平行线缺陷组成的谐振腔完全调制到一个锥形谷中。通过调节谐振腔的参数，可以很容易地控制相关的入射角。因此，通过调节线缺陷的数量和两个最近相邻线缺陷之间的距离，可以方便地实现可控的100%谷偏振以及谷偏振的检测。这一有趣的发现为利用线缺陷实现谷极化开辟了一条新的途径。随着实验技术的进步，这种谐振器有望实现，从而在石墨烯谷电子学中发挥关键作用。
2013-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Controlled Growth of a Line Defect in Graphene and Implications for Gate-Tunable Valley Filtering
石墨烯的原子精确剪裁可以实现不寻常的传输路径和新的纳米级功能器件。在这里，我们描述了一个配方的控制生产的高度规则的“5-5-8”线缺陷的石墨烯通过同时电子辐射和焦耳加热所施加的电流。高分辨率透射电子显微镜揭示了生长过程的各个步骤。延伸早期的理论工作，提出谷判别能力的石墨烯5-5-8线缺陷，我们进行第一性原理计算的运输，并发现一个强大的能量依赖性的谷极化的载流子在整个缺陷。这些发现启发我们提出一个紧凑的静电门控“谷阀”设备，谷电子的关键组成部分。
2014-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene Quantum Strain Transistors
通过二维材料中量子输运的应变工程，可以获得广泛的科学和应用。我们提出了一个现实的实验平台，单轴应变工程的弹道电荷输运在石墨烯。然后，我们开发了一个应用的理论模型，基于这个平台，计算电荷电导率和演示石墨烯量子应变晶体管（GQST）。我们将GQST定义为具有开/关电导率比$> 10^{4}$的机械应变弹道石墨烯晶体管，并且其可以通过适度的栅极电压来操作。这种器件将允许在原始石墨烯中进行出色的晶体管操作，其中没有带隙。我们认为所有占主导地位的单轴应变对电导率的影响，同时包括实验的考虑，以指导实现的建议。我们预测多个应变可调传输签名，并证明了广泛的现实设备参数导致强大的GQST。这些器件可以在柔性电子晶体管、应变传感器和谷电子中找到应用。
2018-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A ballistic electron source with magnetically-controlled valley polarization in bilayer graphene
本研究在双层石墨烯中构建双量子点接触结构，利用面外磁场调控实现谷极化弹道电流，通过实验与半经典模拟验证效应鲁棒性，提出可调谷极化弹道电子源方案。
2023-10-23 cond-mat.mes-hall
Photoinduced Nonperturbative Valley Polarization in Graphene
我们研究了一种基于石墨烯的谷电子器件，该器件在不同的子晶格和相应的非等效谷处具有电荷分离。我们描述了谷极化的极大条件，并研究了通过谷自由度相干控制载波和存储数据的参数和条件。谷极化由脉冲的幅度以及载波包络相位和倒易空间中电子轨迹的曲率控制。当考虑强场激发时，微扰光学中的光学选择定则被非绝热几何效应所取代。结果表明，二维狄拉克材料无论是否具有本征带隙，都会产生非微扰的谷极化。在微观上，石墨烯在手性电场中的这种非互易响应由量子Berry相位编码，作为（伪）磁电势。
2021-01-07 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Tuning the pseudospin polarization of graphene by a pseudo-magnetic field
蜂窝晶格的一个有趣的特性是由于机械变形而出现的伪磁场。在石墨烯的情况下，从这个伪磁场产生的朗道量子化已经使用扫描隧道显微镜测量。在这里，我们表明，一个签名的伪磁场是一个局部的亚晶格对称性破缺观察到的局部状态密度的重新分布。这可以被解释为由于应变诱导的伪磁场引起的石墨烯的伪自旋的极化，类似于真实自旋在磁场中的对准。我们揭示了这种亚晶格对称性破缺的可调应变石墨烯使用的扫描隧道显微镜的提示。尖端局部地从SiO $_2$支撑物提升石墨烯膜，如通过$I(z)$曲线的增加的斜率可见的。提升的量与分子动力学计算一致，其揭示了尖端下的高斯形状的变形石墨烯区域。由变形引起的伪磁场作为亚晶格对称性破缺变得可见，其与应变变形的提升高度成比例，并且因此与伪磁场强度成比例。它的大小是定量再现的分析和紧束缚模型，揭示了1000 T的领域。这些结果可能是一个有效的太赫兹谷滤波器的起点，作为谷电子学的基本元素。
2017-03-06 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
All-electrical valley filtering in graphene systems (II): Numerical study of electron transport in valley valves
本文对谷电子学中的基本逻辑门--由两个或更多个谷滤波器组成的谷阀--的电子输运进行了数值研究。各种典型的影响的运输进行了研究，如那些由于界面散射，长和短距离杂质散射，边缘粗糙度，应变，过滤器间的间距，或增加数量的谷过滤器。为了说明，我们考虑由单层或双层石墨烯中的石墨烯量子线谷过滤器构建的特定阀的类别，其中过滤器受到面内横向电场的单独控制。利用石墨烯的最近邻紧束缚模型建立了相应的输运问题，并采用递推格林函数法求解相应的透射系数。在两个过滤器阀的情况下，结果明确地证明了存在一个显着的开关对比度的电子传输之间的两种配置的阀门，即，一个具有相同的和另一个具有相反的谷极性的两个组成过滤器。当增加阀中过滤器的数量时，对比度被示出增强。Fano-Fabry-Perot型共振与界面散射和滤波器间距的签名进行了说明。电子背散射由于杂质被发现是sizably抑制，与阀的性能表现出相当大的鲁棒性对边缘粗糙度散射。另一方面，单轴应变的存在下修改电子传输和结果在一个有趣的准周期调制的传输，因为我们改变应变强度。
2022-09-05 cond-mat.mes-hall
Electronic structure and layer-resolved transmission of bilayer graphene nanoribbon in the presence of vertical fields
由于其特殊的手征性质和激发载流子分散性，双层石墨烯的电子性质与传统的二维电子气和单层石墨烯不同。研究了应变对双层石墨烯纳米结构的电子结构、边缘态和零温下电荷输运的影响。我们证明了在垂直磁场作用下，双层石墨烯在偏压下会产生谷极化量子霍尔效应。在该系统中，通过调节面间应变，可以发生从量子谷霍尔到谷极化量子霍尔相的拓扑相变。此外，我们研究了层分辨输运性质，通过计算层极化量，使用递归格林函数技术，并表明所得到的层极化值确认所获得的相位。这些预测可以通过实验来验证，我们的结果表明，在电子和valleytronics设备的外部场的存在下，利用应变双层石墨烯的可能性。
2013-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley Polarization and Inversion in Strained Graphene via Pseudo-Landau Levels, Valley Splitting of Real Landau Levels and Confined States
通过磁场可以很容易地控制系统的自旋极化和自旋方向。然而，目前还没有一种直接有效的方法来操纵谷赝自旋自由度。在这里，我们通过实验证明，它是可能的，实现谷极化和谷反转石墨烯通过使用应变诱导的赝磁场和真正的磁场。伪磁场与真实的磁场有很大的不同，在石墨烯的两个不同的谷处指向相反的方向。因此，伪磁场和真实磁场的共存导致石墨烯的两个不同谷处的不平衡的有效磁场。这使我们能够像控制电子自旋一样方便地控制石墨烯中的谷。在这项工作中，我们报告一致的观察谷极化和反转应变石墨烯通过伪朗道能级，分裂的真正朗道能级和谷分裂的限制状态，使用扫描隧道光谱。我们的研究结果突出了一个途径，以谷电子在应变石墨烯为基础的平台。
2020-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantized conductance of a suspended graphene nanoconstriction
石墨烯电子学中尚未探索的领域是通过石墨烯纳米结构的量子弹道输运领域。高迁移率石墨烯制备的最新进展有望导致该领域许多新的量子力学效应的实验验证和/或发现。示例是由于特定石墨烯边缘的影响，例如石墨烯纳米管的锯齿形边缘处的自旋极化以及石墨烯谷电子学领域中谷自由度的使用8。作为这个方向的第一步，我们提出了在零磁场和4.2 K温度下，在高迁移率悬浮石墨烯弹道纳米收缩中，在2e^2/h的整数倍处观察量子化电导。这种量子化在高于60 mT的磁场下演化为石墨烯的典型量子霍尔效应。电压偏置光谱揭示了前两个子带之间的能量间隔为8毫电子伏。在低至~0.2T的磁场下，在0.6 2e^2/h处出现的显著特征类似于在GaAs-AlGaAs二维电子气中量子点接触中观察到的“0.7异常”，可能起源于电子-电子相互作用。
2011-05-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Conductance Peak Density in Disordered Graphene Topological Insulators
我们研究了石墨烯纳米线中量子输运的普适性质，这些性质会产生微妙的普适电导波动。我们目前的三个主要的微观模型，描述了石墨烯的亚晶格和生成的结果，因为我们将显示，所有的手征普遍对称性。结果是强大的，并证明了广泛寻求的手征，即使在许多开放的渠道制度。指纹为区分具有亚晶格对称性的系统（如拓扑绝缘体）和普通系统铺平了道路。实验实现需要一个单一的测量相关的valleytronics conductante的混沌波动。通过相位相干长度，我们的理论预测与文献中关于量子磁输运的传统测量数据相吻合。
2020-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Electron-Hole Symmetry Breaking in Charge Transport in Nitrogen-Doped Graphene
石墨氮掺杂石墨烯是研究带电杂质对无质量狄拉克费米子散射过程的一个很好的平台，其中氮原子直接取代石墨烯晶格中的碳原子，由于没有晶格缺陷，可以保持高的迁移率。在这项工作中，我们报告的高品质石墨氮掺杂石墨烯的电和磁输运测量。我们发现，在石墨烯中的取代氮掺杂剂引入原子尖锐的电子散射，但长程库仑散射的空穴，因此，石墨氮掺杂的石墨烯表现出明确的电子-空穴输运性质的不对称性。分析了氮掺杂石墨烯中载流子的主要散射过程。结果表明，电子-空穴的不对称性起源于电子和空穴的谷间散射的明显差异。我们还进行了不同温度下的石墨氮掺杂石墨烯的磁输运测量和谷间散射，谷内散射和相位相干散射率的温度依赖性提取和讨论。我们的研究结果为石墨烯中取代氮掺杂诱导的谷间散射中的电子-空穴不对称性提供了证据，并为石墨氮掺杂石墨烯在电子和谷电子器件中的广泛和潜在应用提供了依据。
2017-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamical symmetry breaking, magnetization and induced charge in graphene: Interplay between magnetic and pseudomagnetic fields
本文研究了单层石墨烯中应变和磁场的两种竞争效应，探讨了其对量子场论中各种现象的影响，如感生电荷密度、磁催化、对称性破缺、动力学质量产生和磁化等。我们表明，应变和磁场之间的相互作用不仅产生手征对称性的破缺，因为它发生在QED $_{2+1}$，但宇称和时间反演对称性破缺。最后两个对称性破缺与动力学产生的一个Haldom质量项有关。我们发现，它是可以修改的磁化强度和动力学质量独立为每个谷，应变和变化的外部磁场。此外，我们发现，一个非零的伪磁场的存在下，不像磁性的，使我们能够观察到一个诱导的“真空”电荷和宇称异常应变石墨烯。最后，由于实磁场和伪磁场的联合作用产生了感应谷极化，本文的结果可以为谷电子器件的设计提供新的工具。
2021-01-03 cond-mat.mes-hall hep-th
