调制掺杂石墨烯中的超锐利横向 $p\text{-}n$ 结

我们利用电子输运、扫描隧道显微镜和第一性原理计算，展示了石墨烯中超锐利（${\lesssim}\,10\text{ nm}$）的横向 $p\text{-}n$ 结。该 $p\text{-}n$ 结位于石墨烯片差异掺杂区域的边界处，其中一侧为本征的，另一侧通过隔着薄绝缘势垒与 $\alpha$-RuCl$_3$ 薄片邻近而实现电荷掺杂。我们提取器件电阻中 $p\text{-}n$ 结的贡献以限定结宽度的边界。当本征区与掺杂区之间的边界由位于距石墨烯 2 nm 处的 $\alpha$-RuCl$_3$ 解理晶体边缘定义时，我们实现了超锐利结。石墨烯、六方氮化硼与 $\alpha$-RuCl$_3$ 异质结构中的扫描隧道谱显示了亚 10 nm 长度尺度上的电势变化。第一性原理计算揭示石墨烯的电荷掺杂从 $\alpha$-RuCl$_3$ 薄片边缘起仅在数纳米内急剧衰减。