【引言】

　　在固體中，電子的量子本質(zhì)生成了能帶結(jié)構(gòu)，它控制著電子的傳導(dǎo)和材料的光學(xué)性能。同樣，長(zhǎng)程超晶格能產(chǎn)生微能帶結(jié)構(gòu)，其分散在一個(gè)更好的能量尺度內(nèi)，這個(gè)能量尺度跨越了一個(gè)縮減的布里淵區(qū)（布里淵區(qū)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生諸如負(fù)微分電導(dǎo)和布洛赫振蕩等現(xiàn)象）。然而，制備長(zhǎng)程周期模式極具挑戰(zhàn)性，需要調(diào)節(jié)電勢(shì)來形成分散性好的微能帶結(jié)構(gòu)但不能破壞材料的質(zhì)量和電子相干性。大多數(shù)關(guān)于橫向花紋半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的實(shí)驗(yàn)揭示了經(jīng)典的可公度性效應(yīng)，可并不需要微能帶結(jié)構(gòu)。盡管有關(guān)于在有序超晶格中費(fèi)米表面重建的證據(jù)，費(fèi)米表面的細(xì)節(jié)都被微能帶結(jié)構(gòu)和順向磁分解之間弱分離現(xiàn)象所湮沒。

　　高質(zhì)量的石墨烯/六方氮化硼（h-BN）范德華異質(zhì)結(jié)（偏差角小于1°）的到來大大改變了這一現(xiàn)狀。在這一系統(tǒng)中，石墨烯中電子的周期電勢(shì)被兩種晶體間的不一致所產(chǎn)生的六邊形莫爾條紋所利用。迪拉克電子的微能帶結(jié)構(gòu)已通過掃描隧道、電容和光學(xué)顯微鏡證明，包括磁運(yùn)輸。這些研究闡釋了被稱作霍夫施塔特蝴蝶的電子結(jié)構(gòu)，它出現(xiàn)在一個(gè)量子化的磁場(chǎng)中。

　　二維金屬內(nèi)電子回旋器軌道的形狀是一個(gè)費(fèi)米表面90°旋轉(zhuǎn)的形狀，載體沿軌道順時(shí)針或者逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。靠近金屬邊界的電子軌道通向躍遷軌道，其躍遷方向取決于載體的有效電荷。這些躍遷軌道在聚焦線上突出，導(dǎo)致了橫向電子聚焦（TEF）效應(yīng)。

【成果簡(jiǎn)介】

　　近日，來自美國斯坦福大學(xué)的David Goldhaber-Gordon（通訊作者）等通過測(cè)量同一磁場(chǎng)中相鄰觸體間的軌道運(yùn)輸，被稱作橫向電子聚焦效應(yīng)，來研究moiré微能帶中電子的動(dòng)力學(xué)特征。在低溫下，研究人員觀察到躍遷軌道的焦散線在數(shù)以百計(jì)的超晶格周期方向延展，為連續(xù)微能帶逆轉(zhuǎn)了回旋加速器的回旋，終止了在范霍夫奇點(diǎn)附近的回旋運(yùn)動(dòng)。在高溫下，電子與電子間的碰撞抑制了聚焦。研究這類微能帶的傳導(dǎo)性能在設(shè)計(jì)超晶格器件中新型的運(yùn)輸行為很有必要。

【圖文導(dǎo)讀】

　　　　圖1：實(shí)驗(yàn)概念圖

　　（A）實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，覆蓋在一張?jiān)O(shè)備的照片上。綠色部分顯示的是h-BN/石墨烯/h-BN雙分子層異質(zhì)結(jié)。紫色部分是SiO2基底，虛線表示的是石墨烯層的上邊界；

　?。˙）發(fā)射于發(fā)射器（紅星處）的躍遷軌道模擬圖。電子軌道束沿著聚焦線（紅色虛線）聚焦于指向邊界的等軸陣列；

　?。–）橫向電子聚焦（TEF）圖譜。

　　　　圖2：基準(zhǔn)溫度下的TEF圖譜

　?。ˋ）石墨烯/h-BN超晶格微能帶圖。每一個(gè)所能觀察到的微能帶都被標(biāo)記；

　?。˙）根據(jù)觸發(fā)電壓下的TEF圖譜。黑色虛線代表B1，B3和B6，是在費(fèi)米能級(jí)接近狄拉克點(diǎn)情況下一些預(yù)期的峰位置。綠色虛線代表由于回旋加速器運(yùn)動(dòng)中止所造成的TEF突然的終止；

　?。–）根據(jù)Vg下的TEF圖譜。

　　　　圖3：模擬躍遷軌道

在石墨烯/h-BN超晶格邊界處的發(fā)射器發(fā)射出的躍遷軌道的幾個(gè)代表性模擬圖。

　　　　圖4：TEF圖譜與溫度之間的關(guān)系

　?。ˋ）VM/IL減去平滑的背景，得到電子密度，并且溫度升至150K。升高溫度可以抑制TEF；

　　（B）圓圈和三角形代表有效散射率，綠色粗線代表理論散射率，這與電子間的相互關(guān)系有關(guān)，方塊和菱形代表聲子的散射率。

【小結(jié)】

和操縱軌跡運(yùn)輸在電子系統(tǒng)中研究低能物理的一種強(qiáng)大手段。本文中，從發(fā)射器自由發(fā)出的準(zhǔn)粒子到收集器的軌道軌跡在10mm左右，大約是700個(gè)超晶格周期。超冷原子的軌道運(yùn)動(dòng)已經(jīng)在均勻光學(xué)晶格中被觀察到，晶格大小在100個(gè)晶胞大小左右，但在固態(tài)下一維超晶格半導(dǎo)體中電子的平均自由程僅限于10個(gè)晶胞大小。實(shí)驗(yàn)闡釋了在moiré超晶格中微能帶電子動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵特征，并且點(diǎn)出了新型運(yùn)輸效應(yīng)進(jìn)一步探索的方向。在技術(shù)層面，這樣一個(gè)微能帶傳導(dǎo)性能的明確驗(yàn)證暗示石墨烯/h-BN是一種基于微能帶物理設(shè)備的實(shí)用平臺(tái)。在磁場(chǎng)中石墨烯超晶格的邊緣產(chǎn)生的高效的光電流可能是由研究人員所觀察到的躍遷軌道所造成的；此外，Hz設(shè)備如布洛赫振蕩器能得益于該系統(tǒng)中更長(zhǎng)的散射時(shí)間。

來源：材料牛

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