基于石墨烯/hBN异质结的能谷晶体管：时变体制下同步非零电压对能谷电流的动态控制
介观与纳米尺度物理
2025-05-28 v1
摘要
石墨烯/六方氮化硼（hBN）异质结代表了一类极具前景的金属-绝缘体-半导体系统，被广泛探索用于多功能数字器件应用。在本工作中，我们证明了当石墨烯受到由开尔文探针力显微镜（KPFM）的局域势触发的、依赖于载流子的hBN间隔层俘获影响时，在特定条件下可以表现出能谷晶体管行为。我们采用紧束缚模型，该模型自洽地引入高斯型势来代表针尖栅极的效应。至关重要的是，我们表明该异质结作为场效应晶体管（FET）运行，其操作由偏置栅极（移动费米能级）和针尖诱导势（通过选择性俘获电子或空穴准粒子来破坏电子-空穴对称性）控制。我们的结果揭示，在特定的晶格几何结构、脉冲频率和栅极电压条件下，该器件表现出能谷晶体管功能。能谷电流（例如 或 ）可以通过同步针尖和偏置栅极电压的频率与极性来选择性控制。值得注意的是，当两个栅极以相同极性驱动时，石墨烯沟道输出周期性调制的纯能谷极化电流。这使得即使在有限偏置下也能在不同的开/关能谷电流状态之间切换。值得注意的是，当 电流开启（正向电流）时， 电流关闭。反转栅极极性会反转此行为： 关闭，而 开启（反向电流）。这些发现为金属-绝缘体-半导体架构中的低压能谷晶体管铺平了道路，为谷电子学和先进栅极技术提供了新途径。
引用
@article{arxiv.2505.21295,
title = {Graphene/hBN heterostructure based Valley transistor: Dynamic Control of valley current in synchronized nonzero voltages, within the time-dependent regime},
author = {A. Belayadi and C. I. Osuala and I. Assi and A. Naif and J. P. F. LeBlanc and A. Abbout},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.21295},
year = {2025}
}