Small:声子调制石墨烯赝磁场朗道能级

石墨烯作为具有层状晶体结构的超薄二维纳米片,近年来被发现许多奇异的性质并引起了人们极大的研究兴趣。其中石墨烯赝磁场可被应用于谷自旋相关电子器件如逻辑器件、记忆器件的研究中。石墨烯材料构型、缺陷态、原子吸附都可以影响谷自旋散射过程,并被应用在信息存储等方面。如何调制材料中的赝朗道能级,进而调控材料中的谷电子结构,是谷自旋器件应用中面临的一大难题。针对这一问题,利用衬底修饰,诸如电子掺杂、应力等手段,可以实现对石墨烯电子结构的调控。其中应力会导致石墨烯中狄拉克锥的反方向移动,进而产生赝磁场,使得利用衬底修饰的方式调制石墨烯的赝磁场及赝朗道能级成为可能,并进而填补应力产生的声子调制作用对赝朗道能级影响相关研究的缺失。

基于以上的努力,北京大学物理学院方哲宇和合作者对石墨烯台阶附近的赝磁场朗道能级进行了一些探讨:通过扫描隧道显微镜技术,发现石墨烯台阶附近赝磁场强度达到百特斯拉量级。进一步利用衬底修饰引入声子作用,探究声子对石墨烯赝朗道能级的调控作用。实验发现纵向声学支声子(LA phonon)参与了电子非弹性隧穿过程,并进一步调制石墨烯赝朗道能级的结构。这个机制得到了实验上扫描隧道谱结果和VASP计算结果的验证,从而提供一个调制石墨烯电子结构的新维度。

研究者相信,此项研究将有益于赝朗道能级的调制及相关电声作用的研究,并为拓展谷自旋器件的应用发展提供新的思路。相关论文以”Graphene Acoustic Phonon Mediated Pseudo Landau Levels Tailoring Probed by Scanning Tunneling Spectroscopy”为题,发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201905202)上。该工作得到科技部、教育部、国家自然科学基金委、北京大学人工微结构和介观物理国家重点实验室、北京大学纳光电子前沿科学中心、量子物质科学协同创新中心等单位的支持。