MgO上石墨烯纳米带中电荷与自旋的系统性调控
介观与纳米尺度物理
2025-07-25 v2 量子物理
摘要
石墨烯纳米结构可以通过原子级精度进行工程化，以展示定制的电子态，应用于自旋电子学或量子技术。为了充分利用其全部潜力，必须精确控制其电荷和自旋态。石墨烯系统通过与环境交换电荷以达到热力学平衡，需要外部栅极电压来调控其基态。诸如本征掺杂或衬底修饰等替代策略仅能提供其平衡电荷的微小变化，并且对自旋的控制能力很差。在这里，我们展示了在生长于Ag(001)上的MgO层上的石墨烯纳米带（GNRs）中电子占据数的系统性操控。由于MgO卓越的去耦合特性以及衬底的亲电性，发现GNRs可以容纳整数个电子电荷，其数量取决于它们的长度和形状。这导致在偶数电子占据时出现非磁性闭壳态，而在奇数电子占据时出现开壳顺磁系统。对于奇数情况，我们发现了窄库仑关联隙的光谱特征，这是其自旋1/2顺磁态的确凿证据。扫描隧道显微镜（STM）数据与平均场哈伯德（MFH）模拟的比较证实了GNR电子态的实际离散化，并指出单条纳米带中的电荷过剩可达19个电子。我们预计，由MgO超薄绝缘薄膜支撑的GNRs可以为量子传感和量子处理应用定制器件打开大门。
引用
@article{arxiv.2406.03927,
title = {Systematic Modulation of Charge and Spin in Graphene Nanoribbons on MgO},
author = {Amelia Domínguez-Celorrio and Leonard Edens and Sofía Sanz and Manuel Vilas-Varela and Jose Martinez-Castro and Diego Peña and Véronique Langlais and Thomas Frederiksen and José I. Pascual and David Serrate},
journal= {arXiv preprint arXiv:2406.03927},
year = {2025}
}