石墨量子霍尔器件中显著的尺度相关电荷载流子密度
介观与纳米尺度物理
2025-11-26 v1 材料科学
摘要
使用石墨烯在碳化硅上的等向原生生长进行量子霍尔电阻标准（QHRS）的微型化所必需理解器件尺寸如何影响性能。本研究揭示了石墨烯霍尔器件中显著的尺度相关载流子密度：在电子掺杂下，载流子密度随通道宽度（Wd）增加而减小，而在空穴掺杂下则相反。这种现象在 Wd 小于 400 微米时最为显著，直接影响量化所需的磁场起始值。Fermi 速度测量和角分辨光谱亚区谱（ARPES）分析表明，能带结构的修改以及电子-电子相互作用是这种尺度依赖性的根本原因。利用利用机器学习处理有限数据，我们优化了器件几何形状，确定通道宽度约为 360 微米是电阻不确定性和芯片集成密度之间最佳平衡点。本工作为设计高性能、微型化石墨烯基 QHRS 数组提供了关键见解。
引用
@article{arxiv.2511.19844,
title = {Pronounced scale-dependent charge carrier density in graphene quantum Hall devices},
author = {Ziqiang Kong and Yu Feng and Han Gao and Ru Sun and Jian Feng and Chengxin Jiang and Chenxi Liu and Huishan Wang and Yu Zhang and Junchi Song and Xuanzheng Hao and Ziceng Zhang and Yuteng Ma and Shengda Gao and Ren Zhu and Qandeel Noor and Ghulam Ali and Yumeng Yang and Guanghui Yu and Shujie Tang and Zhongkai Liu and Haomin Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.19844},
year = {2025}
}
备注
49page, 5figures