石墨烯中不同色散類型能帶實現選擇性調控

記者8日從中國科學技術大學獲悉，該校物理系中國科學院強耦合量子材料物理重點實驗室曾長淦教授等與國內外同行合作，利用精心設計的人工籠目超晶格勢場，成功實現了石墨烯中不同色散類型能帶的選擇性調控。相關研究結果于6日發表在美國《物理評論快報》上，文章入選編輯推薦，并被美國物理學會旗下在線新聞網站“物理”選為精選報道。

能帶結構是決定固體材料電子特性的基礎，如何實現能帶結構的按需設計與調控，一直是凝聚態領域不懈追求的目標。二維材料具有靈活的柵壓可調性以及易于構筑異質結的屬性。利用微納加工方式對二維材料施加周期型柵壓，可以構筑人工電子超晶格，從而實現類似于摩爾勢場的能帶調控作用。而且，相較于摩爾超晶格，人工電子超晶格的晶格圖案、對稱性以及勢場強度均具有更靈活的可調性，這為實現新型能帶調控及物態設計提供了一個新的、更具可控性的研究平臺。

此次，研究人員精心設計了一種具有籠目晶格形式的人工電子超晶格。實驗及理論研究表明，在人工籠目勢場作用下，石墨烯能帶中出現了線性色散能帶和無色散平帶等不同類型的能帶分量。平帶分量的電子態局域在超晶格格點處，而線性色散能帶分量的電子態更加彌散，因此平帶分量更容易被人工超晶格結構中的局域柵壓調控。當增強人工勢場強度時，平帶分量的移動速度明顯高于線性色散能帶分量，從而導致了實驗上觀測到的本征狄拉克能帶的抑制以及衛星狄拉克能帶的增強。另一方面，在垂直磁場的作用下，由于磁場勢與超晶格勢的競爭，本征狄拉克能帶重新占據主導作用。

研究人員表示，該研究成果提供了一種全新的原位能帶調控手段，并深入理解了人工超晶格勢場作用下能帶演化的動力學過程。新聞網站“物理”精選報道中，評價該工作“為能帶結構的按需設計奠定了基礎”。（記者吳長鋒）