用于新国际单位制的极高精度大面积石墨烯量子霍尔阵列
介观与纳米尺度物理
2022-12-02 v2
摘要
量子霍尔效应（QHE）是新国际单位制（SI）的基石，其中基本单位由普朗克常数 h 和元电荷 e 等七个基本常数导出。石墨烯通过在宽松实验条件下实现量子化电阻 h/2e^2 = 12.9... kOhm，彻底改变了实用电阻计量。展望未来，石墨烯还有潜力利用 Kibble 天平改善电子千克的实现，以及在宽电流范围内实现量子安培。然而，这些前景需要不同于单 QHE 器件实际可实现的电阻值，同时对单 QHE 器件中的能量耗散提出严格要求，最终所需电流比石墨烯中典型 QHE 击穿电流 IC ~ 100 uA 高出近两个数量级。本文中，我们利用碳化硅上的外延石墨烯（epigraphene）展示了创纪录尺寸量子霍尔阵列（QHA）量子化前所未有的精度，演示了 RK/236 ~ 109 Ohm 在 IC 超过 5 mA 时具有 0.2 十亿分之一（nOhm/Ohm）的精度（IC = 8.5 mA 时约 1 nOhm/Ohm 精度）。该阵列量子化精度可与单霍尔条器件中 QHE 最精确的普适性检验相比，加之该方法的可扩展性与可靠性，为现代 SI 中三个关键单位——欧姆、安培和千克——的更优实现铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2111.08280,
title = {Exceptionally accurate large graphene quantum Hall arrays for the new SI},
author = {Hans He and Karin Cedergren and Naveen Shetty and Samuel Lara-Avila and Sergey Kubatkin and Tobias Bergsten and Gunnar Eklund},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.08280},
year = {2022}
}
备注
Main text 12 pages, 4 figures.Supplementary information 4 pages, 4 figures