作者:英格丽德·法德利
（同organic）有机 石墨烯第一次被电子掺杂超过了其范霍夫奇点
左图:模型化的石墨烯能级，示例性费米能级(白色曲线)超出奇点
背景:过量石墨烯的实验费米表面
荣誉:马克斯·普朗克固体研究所/罗森茨威格等
十多年来，理论物理学家预测石墨烯的范霍夫奇点可能与物质的不同奇异相有关，其中最著名的是手性超导
范霍夫奇点本质上是晶体状态密度中的一个非光滑点
当石墨烯达到或接近这个特定的能级时，它的电子结构会形成一个平坦的能带，可以占据非常多的电子
这导致了强烈的多体相互作用，促进或促成了物质奇异状态的存在
到目前为止，石墨烯的可用能级需要被电子填充的精确程度(即
e
“掺杂”)以使各个相稳定，这很难用模型计算来确定
识别或设计可用于掺杂石墨烯到范霍夫奇异点或超出范霍夫奇异点的技术，最终可能导致与物质的奇异相相关的有趣观察，这反过来可能为基于石墨烯的新技术的发展铺平道路
德国斯图加特的马克斯·普朗克固体研究所的研究人员最近设计了一种方法，在范·霍夫奇点之外对石墨烯进行过度掺杂
他们的方法发表在《物理评论快报》上，结合了两种不同的技术，即镱嵌入和钾吸附
进行这项研究的研究人员之一菲利普·罗森茨威格告诉《物理》杂志说:“在范·霍夫奇异点附近，实验上可调的电子密度是非常理想的。”
（同organic）有机
“早期的实验表明，石墨烯确实可以在范霍夫能级上稳定(“钉扎”)，电荷载流子随后可以从这种钉扎方案中移除
然而，我们问的问题是，我们能否将更多的电子转移到石墨烯层上，克服范霍夫钉扎和奇点之外的过度掺杂？除了纯粹的原则证明之外，这将打开一个未被探索过的相关阶段的游乐场，有着令人兴奋的承诺
" 将石墨烯掺杂到范霍夫奇点本身就是一项具有挑战性的任务，因为它需要将每平方厘米超过100万亿(1014)个电子转移到石墨烯层上
石墨烯的掺杂可以通过在其上沉积其他原子种类来实现，这些原子种类会向石墨烯贡献一些电子
掺杂石墨烯的另一种方法称为嵌入法，需要将掺杂剂夹在石墨烯和支撑衬底之间
在过去的十年里，这种技术已经被证明对调整材料的电子特性非常有用
通过在预先嵌入镱的石墨烯上沉积钾(钾)-一种电子供体，该系统最终被迫超越其范霍夫奇点
过量后，巨大的费米表面轮廓彼此分离
荣誉:马克斯·普朗克固体研究所/罗森茨威格等
典型地，即使当沉积和嵌入方法结合时，石墨烯的载流子密度也难以增加到任意值
这主要是因为电荷转移最终会饱和，阻止它被掺杂到某一水平以上
“最近，我们发现某些稀土元素的嵌入，由于其巨大的掺杂效率，已经足以将石墨烯固定在其范霍夫奇点，”罗森茨威格说
“在这种情况下，石墨烯的表面仍然可以自由占据额外的掺杂物
从范霍夫的镱嵌入石墨烯的方案开始，通过在顶部沉积钾原子，我们能够将载流子密度再增加1倍
5，远远超出奇点水平
" 在他们的实验中，研究人员使用了镱嵌入和钾吸附的方法
这种方法使他们能够在范霍夫奇异点以外的半导体碳化硅衬底上掺杂一层石墨烯，电荷载流子密度达到5
5 x 1014 cm-2
罗森茨威格解释说:“你可以把我们过去的策略与日常生活中的一种情况进行比较，在日常生活中，一个笨重的物体需要被抬上楼梯才能到达顶楼(在我们的例子中，在范霍夫奇点之外)。”
“只有同时从下面推动(我
e
镱嵌入)并从顶部拉出(即
e
，钾吸附)
" 罗森茨威格和他的同事进行的研究证明，在实验环境中掺杂石墨烯超越其范霍夫奇异性事实上是可能的
研究人员在柏林亥姆霍兹-曾特朗第二同步加速器进行的测试中，使用一种叫做角度分辨光电子能谱的技术检查了他们的石墨烯系统
这种方法能够通过掺杂直接可视化石墨烯的能带结构及其演化
罗森茨威格说:“过度掺杂的可行性以前还远不清楚，因为该系统首先被固定在占据大量电荷载流子的奇异水平上。”
“实际上，通过将石墨烯的掺杂推向新的水平，我们的研究也在这种二维原型材料的相图中开辟了一个新的、尚未探索的领域
因此，我们希望我们的工作将有助于加强对单层石墨烯中相关基态的探索，这肯定会引起物理学各个子领域的兴趣
" 将来，罗森茨威格和他的同事们收集的发现可能会为研究掺杂在范霍夫奇点之外的石墨烯中的奇异物质状态开辟新的令人兴奋的可能性
此外，最近的这项研究可以增强目前对范霍夫掺杂石墨烯中强非局域多体相互作用的理解，这些相互作用被发现对其能级具有显著的翘曲效应
研究人员证明，这种效应仍然存在于过度掺杂的区域，并且随着石墨烯接近范霍夫奇点，这种效应变得越来越明显
因此，他们收集的数据也可以激发超越传统费米液体理论的新理论模型的发展
“现在我们可以在范霍夫水平附近的实验中常规地调整兴奋剂水平，我们正在寻找理论预测的各种奇异的相位，”罗森茨韦格总结道
“向星星射击，在外延石墨烯单层中实现非常规超导当然是一个突破性的发现，有朝一日可能会导致技术应用
无论如何，范霍夫掺杂石墨烯的激动人心的时代就在前方
"
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