中科院物理所觀測到鋸齒形石墨烯納米帶邊緣導電

　　近期，針對鋸齒形邊緣石墨烯納米帶，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心開展了磁輸運測量研究，納米物理與器件院重點實驗室N07課題組研究員張廣宇的博士生吳霜、沈成等人，利用課題組前期發展的氫等離子體各向異性刻蝕輔助的石墨烯納米結構加工技術，在六方氮化硼絕緣襯底上加工了系列不同寬度的鋸齒形邊緣石墨烯納米帶。相關研究成果于5月22日發表在《物理評論快報》上。

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　　石墨烯特性之一是其電子結構對邊緣非常敏感，其中，鋸齒形邊緣結構尤為引人注意。張廣宇指出，過去二十幾年間，鋸齒形邊緣石墨烯一直是理論領域的重點研究對象。到目前為止，鋸齒形邊緣石墨烯的邊緣態觀測主要依賴于掃描隧道顯微術。

　　利用掃描隧道顯微鏡，科研人員已經驗證了石墨烯鋸齒形邊緣處存在局域電子態，這種電子態會沿著邊緣方向一直延伸，但在垂直邊緣的方向迅速衰減；隨著石墨烯納米帶寬度的減小，兩個鐵磁性的邊緣局域電子態呈現反鐵磁耦合，進而伴隨著納米帶從金屬性向半導體性轉變。

　　相對于局域的電子態測量，研究邊緣態對石墨烯輸運性質的影響更加重要，既有助于人們更深入地了解這種電子態的物理內涵，也將為未來石墨烯納米帶電子和自旋器件的發展提供重要的物理基礎。

　　然而，這方面的實驗研究一直沒有突破。張廣宇認為存在的挑戰主要包括兩方面：一是如何獲得適合輸運研究的鋸齒形邊緣石墨烯納米帶高品質樣品；二是在輸運測量中如何將邊緣態和“體態”分離開來以實現指認。

　　吳霜、沈成等人通過掃描隧道顯微鏡原子分辨成像和掃描隧道譜，驗證了樣品的高質量。同時，科研人員通過非局域測量也在零磁場下觀測到了一個電壓信號，其能量位置與磁輸運下的電導峰一致，進一步證實了邊緣態參與導電。“此外，在邊緣無序的石墨烯納米帶對比樣品中，這種邊緣輸運特征并未出現，證實這種邊緣導電是鋸齒形邊緣所獨有。”張廣宇說。