高电场下双栅极双层石墨烯的带间态转移

Bernal 堆叠双层石墨烯的能带结构可以通过双栅极晶体管施加垂直电场来调控，该电场会产生层间势能差 $\Delta$。介电击穿将传统器件的工作限制在 $\Delta \ll t_\perp \simeq 360$ meV 的范围内。我们采用双离子栅极技术以获得超过 $1$ V/nm 的电场，使得 $\Delta > t_\perp$。我们发现，当 $\Delta \simeq t_\perp$ 时，纵向电阻（$R_{xx}$）峰值随外加栅极电压的演化在斜率上发生急剧变化，呈现出显著的“拐点”。使 $\Delta$ 增加并越过该“拐点”会导致输运性质发生异常演化：$R_{xx}$ 峰值幅度减小，伴随出现霍尔电阻的多次符号反转以及峰值位置的磁滞现象。我们利用带隙内束缚态解释了所观测到的现象，这些束缚态的能量强烈依赖于垂直电场，并在足够大的 $\Delta > t_\perp$ 时穿过带隙中央能级。该现象导致带隙内态的电子密度发生巨大变化，从而深刻影响化学势的演化。我们的实验结果及其解释揭示了 Bernal 双层石墨烯中带隙内态物理的独特方面，并证明了双离子栅极技术能够用于探索迄今为止在实验上无法触及的大 $\Delta$ 区域。