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和材料的光學性能。同樣，長程超晶格能產(chǎn)生微能帶結(jié)構(gòu)，其分散在一個更好的能量尺度內(nèi)，這個能量尺度跨越了一個縮減的布里淵區(qū)（布里淵區(qū)內(nèi)會產(chǎn)生諸如負微分電導和布洛赫振蕩等現(xiàn)象）。然而，制備長程周期模式極具挑戰(zhàn)性，需要調(diào)節(jié)電勢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)于橫向花紋半導體異質(zhì)結(jié)的實驗揭示了經(jīng)典的可公度性效應，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米表面重建的證據(jù)，費米表面的細節(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、電容和光學顯微鏡證明，包括磁運輸。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)在一個量子化的磁場中。
二維金屬內(nèi)電子回旋器軌道的形狀是一個費米表面90°旋轉(zhuǎn)的形狀，載體沿軌道順時針或者逆時針旋轉(zhuǎn)?？拷饘龠吔绲碾娮榆壍劳ㄏ蜍S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，導致了橫向電子聚焦（TEF）效應。
【成果簡介】
近日，來自美國斯坦福大學的David Goldhaber-Gordon（通訊作者）等通過測量同一磁場中相鄰觸體間的軌道運輸，被稱作橫向電子聚焦效應，來研究moiré微能帶中電子的動力學特征。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附近的回旋運動。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性能在設(shè)計超晶格器件中新型的運輸行為很有必要。
【圖文導讀】
圖1：實驗概念圖
?。ˋ）實驗裝置示意圖，覆蓋在一張設(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：基準溫度下的TEF圖譜
?。ˋ）石墨烯/h-BN超晶格微能帶圖。每一個所能觀察到的微能帶都被標記；
（B）根據(jù)觸發(fā)電壓下的TEF圖譜。黑色虛線代表B1，B3和B6，是在費米能級接近狄拉克點情況下一些預期的峰位置。綠色虛線代表由于回旋加速器運動中止所造成的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；
?。˙）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)】
和操縱軌跡運輸在電子系統(tǒng)中研究低能物理的一種強大手段。本文中，從發(fā)射器自由發(fā)出的準粒子到收集器的軌道軌跡在10mm左右，大約是700個超晶格周期。超冷原子的軌道運動已經(jīng)在均勻光學晶格中被觀察到，晶格大小在100個晶胞大小左右，但在固態(tài)下一維超晶格半導體中電子的平均自由程僅限于10個晶胞大小。實驗闡釋了在moiré超晶格中微能帶電子動力學的關(guān)鍵特征，并且點出了新型運輸效應進一步探索的方向。在技術(shù)層面，這樣一個微能帶傳導性能的明確驗證暗示石墨烯/h-BN是一種基于微能帶物理設(shè)備的實用平臺。在磁場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)中更長的散射時間。
來源：材料牛
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