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研究人員在一個納米化的半導體結構中實現(xiàn)了人造石墨烯  上圖所示蝕刻的柱子定義了量子點（紅色標記）排列在六邊形格子中的位置。當量子點之間的間距足夠小時，電子就可以在它們之間移動。圖片來源：哥倫比亞大學工程學院 “這為凝聚態(tài)科學與技術領域定義了一個國家的最先進的里程碑，”Aron Pinczuk說，他是哥倫比亞工程和研究的資深作者，應用物理學和物理學教授�！半m然人造石墨烯在光學、分子和光子晶格等其他系統(tǒng)中得到了證實，但這些平臺缺乏半導體加工技術的多功能性和潛力。半導體人工石墨烯器件可能是探索新型電子開關、性能優(yōu)越的晶體管的平臺，甚至可能是基于奇異量子力學狀態(tài)存儲信息的新方法。” 在本世紀初，石墨烯的發(fā)現(xiàn)在物理學界產生巨大的興奮，因為它不僅是一個真正的二維材料的第一個真實的實現(xiàn)，也因為在石墨碳原子獨特的原子結構，可以用于測試新的量子現(xiàn)象，并且為很難在傳統(tǒng)材料系統(tǒng)中的某些研究觀察提供了一個平臺。電子具有不尋常的電子性質，在散射之前，電子能走很遠的距離，石墨烯是一種杰出的導體。這些特性還表現(xiàn)出其他的特性，使電子表現(xiàn)為它們是相對接近光的速度的相對論粒子，賦予它們“常規(guī)的”非相對論性電子沒有的奇異性質。 但是石墨烯是一種天然物質，只有一種原子排列：石墨烯晶格中原子的位置是固定的，因此石墨烯上所有的實驗都必須適應這些限制。另一方面，在人造石墨烯中，晶格可以在很寬的間距和結構上進行設計，使之成為凝聚態(tài)研究人員的“圣杯”，因為它具有比天然材料更廣泛的性能。 “這是一個迅速發(fā)展的研究領域，我們發(fā)現(xiàn)了新的現(xiàn)象，這在之前還沒曾出現(xiàn)過，”Shalom Wind說，他是應用物理系的教員，致力于應用數(shù)學的研究，且是論文的合著者�！爱斘覀兲剿骰谌嗽焓┑碾姎饪刂频男略O備概念時，我們可以打開在先進光電子學和數(shù)據(jù)處理領域開拓前沿的潛力�！�  上圖中綠色層代表電子能移動的二維薄片。納米光刻和刻蝕形成小柱子下面是安排在一個六角形晶格的量子點。底部的掃描電子顯微照片顯示六邊形陣列，其周期只有50納米。 這項工作真的是人造石墨烯的一大進步。自從第一個理論預測系統(tǒng)的類石墨烯的電子性質可以人為地創(chuàng)造和有圖案的二維電子氣的調整，但這種嘗試還未能成功過，直到哥倫比亞工作，直接觀察這些特點設計的半導體納米結構，”Steven G. Louie說，他是伯克利加利福尼亞大學物理學的教授�！耙郧皩Ψ肿�、原子和光子結構的研究遠遠少于通用和穩(wěn)定的系統(tǒng)。奈米半導體結構的開放探索是令人興奮的新的科學和實際應用方面的巨大機遇�！� 研究人員利用常規(guī)芯片技術開發(fā)了一種標準半導體材料鎵砷化物中的人造石墨烯。他們設計了一種分層結構，使電子只能在很窄的范圍內運動，從而有效地制造二維薄片。他們用光刻和蝕刻圖案砷化鎵：模式創(chuàng)建一個六邊形格子的網站中的電子被限制在橫向方向。通過放置這些可以被認為是“人造原子”的位置，足夠接近彼此（相距50納米），這些人造原子可以機械地相互作用，類似于原子在固體中共享電子的方式。 研究小組通過在晶格部分激發(fā)激光來探測人造晶格的電子態(tài)，并測量散射的光。散射光顯示出能量損失，這相當于電子能量從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的轉換。當他們繪制這些躍遷圖時，研究小組發(fā)現(xiàn)它們以線性的方式接近零，稱為“狄拉克點”，在那里，電子密度消失，這是石墨烯的一個標志。 |
