近端屏蔽极大提升石墨烯的电子质量
介观与纳米尺度物理
2025-08-21 v1 材料科学
摘要
二维系统的电子质量在探索量子传输现象中至关重要。在半导体异质结构中，数十年的优化已产生电子和量子迁移率分别接近 10^8 和 10^6 cm^2/Vs 的高质量二维气体。尽管石墨烯器件的质量也在不断提高，但仍相对较低。本文报告了通过在其immediate proximity放置石棉栅栏、以 1 nm 间距来极大提升石墨烯电子质量的方法。所得结果的屏蔽使电荷不均匀性降低两个数量级，降至几 10^7 cm^-2，限制势能波动小于 1 meV。量子迁移率达到 10^7 cm^2/Vs，超过最高质量半导体异质结构一个数量级，传输迁移率与纪录相当。这种质量使 Shubnikov-de Haas 振荡可在 1 mT 的场强下观察到，量子霍尔台阶可低于 5 mT。尽管近端屏蔽可预测地抑制了电子-电子相互作用，但分数量子霍尔态仍可观察到，其能隙仅比未屏蔽器件降低 3-5 倍，表明尺度小于 10 nm 的类间固有现象仍然稳健。我们的结果为改善石墨烯及其他二维系统的电子质量提供了可靠途径，应促进探索此前被无序掩盖的新物理。
引用
@article{arxiv.2507.21997,
title = {Proximity screening greatly enhances electronic quality of graphene},
author = {Daniil Domaretskiy and Zefei Wu and Van Huy Nguyen and Ned Hayward and Ian Babich and Xiao Li and Ekaterina Nguyen and Julien Barrier and Kornelia Indykiewicz and Wendong Wang and Roman V. Gorbachev and Na Xin and Kenji Watanabe and Takashi Taniguchi and Lee Hague and Vladimir I. Fal'ko and Irina V. Grigorieva and Leonid A. Ponomarenko and Alexey I. Berdyugin and Andre K. Geim},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.21997},
year = {2025}
}