曼彻斯特大学夏洛特·琼斯 信用:CC0公共领域 曼彻斯特大学、诺丁汉大学和拉夫堡大学的一组研究人员发现了一种有助于理解石墨烯电子学基本极限的量子现象
这项发表在《自然通讯》上的工作描述了单个原子级石墨烯薄片中的电子如何从构成六边形晶格的振动碳原子上散射出去
通过施加垂直于石墨烯平面的磁场，载流电子被迫在封闭的圆形“回旋”轨道上运动
在纯石墨烯中，电子逃离这一轨道的唯一方式是在散射事件中反弹离开“声子”
这些声子是能量和动量的粒子束，是与振动的碳原子相关的声波的“量子”
当石墨烯晶体从非常低的温度升温时，声子产生的数量增加
通过让小电流通过石墨烯片，研究小组能够精确测量散射事件中电子和声子之间传递的能量和动量
他们的实验揭示了两种类型的声子散射电子:横向声学(TA)声子，其中碳原子垂直于声子传播和波动的方向振动(有点类似于水面上的表面波)，以及纵向声学(LA)声子，其中碳原子沿着声子和波动的方向来回振动；(这种运动有点类似于声波在空气中的运动)
这些测量提供了两种类型声子速度的非常精确的测量，这种测量对于单个原子层的情况来说是很困难的
实验的一个重要结果是发现钽声子散射优于镧声子散射
观察到的现象，通常被称为磁声子振荡，是在石墨烯发现之前的许多年在半导体中测量的
这是在量子霍尔效应之前50多年已知的最古老的量子输运现象之一
尽管石墨烯拥有许多新奇、奇特的电子特性，但这一相当基本的现象一直被隐藏着
该研究的合著者劳伦斯·艾夫斯和罗山·克里希纳·库马尔说:“我们惊喜地发现石墨烯中出现了如此显著的磁声子振荡
考虑到大量关于石墨烯量子输运的文献，我们也很困惑为什么人们以前没有见过它们
" 它们的出现需要两个关键因素
首先，该团队必须在国家石墨烯研究所制造大面积的高质量石墨烯晶体管
如果器件尺寸小于几微米，则无法观察到这种现象
该论文的主要作者、曼彻斯特大学的皮纳瓦恩·库马拉瓦迪维尔说:“在量子输运实验开始时，人们习惯于研究宏观的毫米级晶体
在石墨烯量子传输的大部分工作中，所研究的器件通常只有几微米大小
似乎制造更大的石墨烯器件不仅对应用很重要，现在对基础研究也很重要
" 第二个因素是温度
大多数石墨烯量子输运实验是在超低温下进行的，目的是减缓振动的碳原子，并“冻结”通常破坏量子相干性的声子
因此，石墨烯被加热，因为声子需要被激活以产生这种效应
拉夫堡大学的马克·格林纳维研究了这种效应的量子理论，他说:“这个结果非常令人兴奋——它开辟了一条探索二维晶体及其异质结构中声子特性的新途径
这将使我们能够更好地理解这些有前途的材料中的电子-声子相互作用，理解这一点对于开发它们用于新的器件和应用是至关重要的
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
