外延石墨烯中量子电容的出现

我们发现，在本征具有 n 型掺杂的外延石墨烯与未掺杂衬底之间出现了内在的电荷重新分布。特别地，我们详细研究了在 C 端接的 $4H$-$SiC$ ($4H$-$SiC$ ($000{\bar{1}}$)) 上热制备的外延石墨烯层。我们利用拉曼光谱研究了石墨烯-衬底系统中的电荷分布。检测到了衬底等离激元对 $SiC$ 衬底纵光学声子的影响。相关的电荷重新分布揭示了石墨烯与衬底之间形成电容。因此，我们首次给出直接证据：外延单层石墨烯中的过剩负电荷可由 $SiC$ 衬底自补偿而无需初始掺杂。这引发了衬底-石墨烯界面处先前未见的载流子密度重新分布。在那里出现了量子电容，而无需借助任何有意的外掺杂，这正是外延石墨烯根本所需的。尽管我们已确定电容内部存在的电场，并揭示了在 C 端接的 $4H$-$SiC$ 上外延石墨烯存在微小能隙（$\approx 4.3meV$），但其相较于 Si 端接石墨烯所获值仍然较小。此处发现的 $SiC$ 衬底上石墨烯的基本电子性质，可能对开发下一代量子技术与电子/等离激元器件十分重要。