ICFO
选谷霍尔效应的艺术印象
鸣谢:ICFO/马特奥·切坎蒂 电子在材料中流动的方式决定了它的电子特性
例如，当在导电材料上维持电压时，电子开始流动，产生电流
这些电子通常被认为是沿着直线路径流动，沿着电场移动，就像一个球滚下山坡一样
然而，这些并不是电子可以采取的唯一轨迹:当施加磁场时，电子不再沿着电场的直线路径行进，而是事实上，它们弯曲了
弯曲的电子流导致被称为“霍尔”响应的横向信号
现在，有没有可能在不施加磁场的情况下弯曲电子？在最近发表在《科学》杂志上的一项研究中，一个国际研究小组报告说，圆偏振光可以在双层石墨烯中诱导弯曲的电子流
这项研究是由科学家殷剑波(目前是中国北京石墨烯研究所的研究员)、大卫·巴康斯、亚科波·托雷和教授领导的一个小组进行的
在ICFO，弗兰克·科彭斯与哥伦比亚大学的陈坦和詹姆斯·霍恩、NIMS的渡边健二和谷口高史以及
新加坡南洋理工大学(NTU)的Justin Song
这项研究的第一作者尹建波记得这一切是如何开始的
“这项合作研究始于2016年贾斯汀·宋和弗兰克·科彭斯在一次科学会议上的一次对话
正如Justin Song解释的那样，“电子不仅仅是粒子，还可以有类似量子波动的性质。”
在量子材料中，例如双层石墨烯，电子的波模式可以表现出复杂的缠绕，通常被称为量子几何
“弗兰克和我谈到了利用双层石墨烯中的量子几何结构，用光而不是磁场来弯曲电子流的可能性
" 考虑到这一点，弗兰克·科彭斯团队的研究员尹建波决定接受挑战，通过实验实现这一不寻常的现象
“我们的设备制造起来非常复杂
我们制作了许多设备，并飞到哥伦比亚大学，与陈坦和詹姆斯·霍恩一起工作，以提高设备质量
" 殷剑波及其同事进行的实验中使用的一个设备的特写镜头
图片来源:ICFO
信用:ICFO 量子几何和谷选择性 在双层石墨烯中，有两个电子谷(K和K’):当施加垂直电场时，这两个谷中的电子的量子几何特性可以导致它们向相反的方向弯曲
结果，它们的霍尔效应被抵消了
在他们的研究中，科学家团队发现，通过将圆偏振红外光应用到双层石墨烯器件上，他们能够选择性地激发材料中一个特定的电子谷群体，这产生了垂直于通常电子流的光电压
正如Koppens所强调的，“我们现在设计的装置和设置使得电流只在光照下流动
这样，我们能够避免妨碍测量的背景噪音，并获得比任何其他2D材料好几个数量级的检测灵敏度
这一发展意义重大，因为传统的光电探测器通常需要较大的偏压，这会导致“暗电流”,即使在没有光的情况下也会流动
殷剑波及其同事进行的实验中使用的一个设备的特写镜头
图片来源:ICFO
信用:ICFO 殷剑波正在他位于中国北京石墨烯研究所的新实验室里为设备布线，他在那里继续他在该领域的研究
鸣谢:殷剑波 尹评论说:“我们可以通过施加面外电场来控制电子的弯曲
我们可以改变这些电子的弯曲角度，这可以通过霍尔电导率来量化
通过控制电压旋钮，可以调整贝里曲率(量子几何的一个特征)，这可以导致巨大的霍尔电导率
" 正如科彭斯最后总结的那样，这项研究的结果开启了许多探测和成像应用的新领域
“这一发现可能对红外和太赫兹传感应用具有重大意义，因为双层石墨烯可以从半金属转变为带隙非常小的半导体，因此它可以检测能量非常小的光子
它还可以用于例如空间成像、医学成像等
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用于组织皮肤癌，或者甚至用于诸如材料质量检查的安全应用
" 殷剑波在中国北京石墨烯研究所的新实验室工作，他在那里继续他在该领域的研究
鸣谢:殷剑波 可能性是多方面的，下一步的研究重点是新的2D材料，如莫尔材料扭曲双层石墨烯，可能会找到控制电子流和非常规光电特性的新方法
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