基于可调狄拉克费米子光学的石墨烯晶体管

线性能量-动量色散与伪自旋相结合，使石墨烯成为基于狄拉克费米子相对论量子力学实现电子器件的理想固态材料平台。利用局域栅极控制，已演示了若干基于狄拉克费米子动力学的电子器件，包括Klein隧穿、负折射与镜面Andreev反射。本工作中，我们提出一种基于类比狄拉克费米子光学（DFO）的量子开关，其中显式利用Klein隧穿的角度依赖性来为狄拉克费米子的量子波函数构建可调准直器与反射器。我们采用一种带有单个平面反射器的新型双源设计，使扩散边缘散射最小化并抑制背景非相干透射。我们的栅极可调准直器-反射器器件设计使得能够测量开关器件工作中DFO的净贡献。我们测量了器件多个引线间DFO波函数的完整透射系数集合，将经典贡献与沟道中任意无序的贡献分离开来。由于本工作演示的DFO量子开关无需显式能隙，其开关操作有望对热涨落以及与费米波长可比的不均匀长度尺度具有鲁棒性。我们发现量子开关在高达230 K的升高温度与高达102 A/m的大偏置电流密度下、在宽载流子密度范围内均可工作。本工作开发的可调准直器-反射器与共轭源电极相结合，为构建更高效的DFO电子器件提供了一个附加组件。