近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院嚴(yán)濟(jì)慈班09級(jí)本科生戚驥等人在曾長(zhǎng)淦教授的指導(dǎo)下，在石墨烯的光電調(diào)控方面取得新進(jìn)展，利用光柵壓調(diào)控放置在半導(dǎo)體表面的石墨烯的摻雜類(lèi)型和載流子濃度，并實(shí)現(xiàn)電子超晶格，該研究成果發(fā)表在國(guó)際雜志Advanced Materials上，戚驥是第一作者。
石墨烯的載流子濃度調(diào)控非常重要，通常是通過(guò)電柵壓或者化學(xué)摻雜來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然而，電柵壓調(diào)控需要絕緣介電層，而化學(xué)摻雜又缺乏簡(jiǎn)潔、有效的可調(diào)性。戚驥等人發(fā)現(xiàn)可以利用光柵壓對(duì)放置在一般半導(dǎo)體表面的石墨烯實(shí)現(xiàn)載流子調(diào)控：半導(dǎo)體與石墨烯的界面通常存在Schottky電場(chǎng)，當(dāng)入射光能量大于半導(dǎo)體能隙時(shí)，界面電場(chǎng)將使激發(fā)的電子空穴對(duì)分離，并驅(qū)動(dòng)其中一種載流子在石墨烯積累，從而實(shí)現(xiàn)光柵壓對(duì)載流子的調(diào)控。由于石墨烯只有單層而且本征載流子濃度很低，因此這種調(diào)控非常有效，通過(guò)改變光強(qiáng)可以使摻雜類(lèi)型從p到n可逆轉(zhuǎn)變。另一方面，對(duì)石墨烯載流子進(jìn)行空間依賴(lài)的調(diào)控可以實(shí)現(xiàn)各種新奇的量子效應(yīng)，如Klein隧穿，各向異性電輸運(yùn)等等。戚驥等人利用有周期長(zhǎng)條孔洞的模板進(jìn)行空間選擇性的光柵壓調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)了電子超晶格（比如p-p+超晶格）的制備。更為有趣的是，這種p-p+電子超晶格具有很強(qiáng)的輸運(yùn)各向異性：沿著超晶格方向，周期勢(shì)壘數(shù)目越多電阻反而越�。欢怪庇诔Ц穹较�，電阻并不隨著周期數(shù)的變化而改變。這種各向異性可能起源于p-p+界面載流子的非線性動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。這一工作對(duì)于探索石墨烯的新奇物性和發(fā)展基于石墨烯的光電器件提供了新的啟示。
上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、教育部以及量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心的資助。
