Kanalisering af valleytronik i grafen:Forskere opdager 1-D-ledende kanaler i to-lags grafen

Til listen over mulige anvendelser af grafen-en todimensionel halvleder af rent kulstof, der er stærkere og meget hurtigere end silicium-kan vi nu tilføje valleytronics, kodning af data i elektronernes bølgelignende bevægelse, når de går gennem en leder. Berkeley Lab-forskere har opdaget topologisk beskyttede endimensionelle elektronledende kanaler ved domænet vægge af to-lags grafen. Disse ledende kanaler er "dalen polariseret, "hvilket betyder, at de kan fungere som filtre til elektrondalpolarisering i fremtidige enheder såsom kvantecomputere.

"Kombination af nærfelt infrarød nanometer-mikroskopi og lavtemperatur elektriske transportmålinger, vi har registreret de første eksperimentelle observationer af 1D ballistisk elektronledende kanaler ved dobbeltlags grafendomæne, "siger Feng Wang, en kondenseret fysiker med Berkeley Labs Materials Sciences Division, der ledede dette arbejde. "Disse 1D dalpolariserede ledende kanaler havde en ballistisk længde på cirka 400 nanometer ved 4 kelvin. Deres eksistens åbner muligheder for at udforske unikke topologiske faser og dalfysik i grafen."

Wang, der også har en aftale med University of California (UC) Berkeley Physics Department, er den tilsvarende forfatter til et papir, der beskriver denne forskning i tidsskriftet Natur . Papirets hovedforfattere er Long Ju og Zhiwen Shi, medlemmer af Wangs forskningsgruppe.

Valleytronics skaber stor begejstring i højteknologisk industri som en potentiel vej til kvantecomputing. Ligesom spintronics, valleytronics tilbyder en enorm fordel i databehandlingshastigheder i forhold til den elektriske ladning, der bruges i klassisk elektronik.

"I valleytronics, elektroner bevæger sig gennem gitteret i en 2D halvleder som en bølge med to energidale, hver dal er kendetegnet ved et tydeligt momentum og kvantedalstal, "Wang siger." Dette kvantedalstal kan bruges til at kode information, når elektronerne er i en minimumsenergidal. "

Nyere teoretisk arbejde antydede, at domænevægge mellem AB- og BA-stablet to-lags grafen kunne give et attraktivt sted at realisere endimensionelle elektronledende kanaler til valleytronics, fordi domænevæggens glathed bevarer elektrondale, i modsætning til atomdefekter ved grafenkanter, der resulterer i dalblanding. Indtil nu, imidlertid, der har ikke været eksperimentelt bevis for disse kanaler.

Arbejder hos Berkeley Labs Advanced Light Source (ALS), en DOE Office of Science brugerfacilitet, Wang, Ju, Shi og deres kolleger brugte tæt fokuserede stråler af infrarødt lys til at billede in situ dobbeltlags grafenlag-stabling af domænevægge på enhedsunderlag. Felteffekt -enheder fremstillet over disse domænevægge afslørede de 1D -ledende kanaler.

"De infrarøde målinger blev udført ved ALS beamline 5.4, "siger Shi." Nærfeltets infrarøde kapaciteter i denne strålelinje muliggør optisk spektroskopi med rumlige opløsninger, der ligger langt ud over diffraktionsgrænsen, giver os mulighed for at forestille os de nanometer-brede domænevægge i to-lags grafen. "

Til dato, mest valleytronics forskning har fokuseret på 2D halvledere kendt som MX2 materialer, som består af et enkelt lag af overgangsmetalatomer, såsom molybdæn eller wolfram, klemt mellem to lag chalcogenatomer, såsom svovl. Resultaterne af denne undersøgelse viser, at beskyttede topologiske faser også kan realiseres i to -lags grafen, som er en afstembar halvleder, gør 2D -carbonarkene nyttige til valleytronic -applikationer.

"Vores næste trin er at øge den ballistiske længde af disse 1D -kanaler, så vi kan bruge dem som elektrondalfiltre, såvel som for andre manipulationer af elektrondale i grafen, "Siger Wang.