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物理学家揭示了扭曲双层石墨烯中的可控非线性霍尔效应
发布时间:2023-11-16 15:57:42 阅读:477

来源:香港大学;电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 韦元培 编译


扭曲双层石墨烯的实验装置(左图),理论计算与实验结果的完美对比。来源:Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.066301

    由香港大学和香港科技大学领导的国际研究小组在量子材料领域取得了重大发现,揭示了扭曲双层石墨烯中可控的非线性霍尔效应。

    发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上的这一研究成果揭示了二维量子莫尔材料的独特性质,有望在新材料和量子信息等行业中广泛应用,以实现室温下超高灵敏度的太赫兹探测。

    该团队由香港大学物理系博士生张旭及其导师孟子阳博士、香港科技大学物理系王宁教授及其博士后研究员黄美珍、吴泽飞(现为英国曼彻斯特大学副研究员),以及来自密歇根大学的孙凯教授组成,他们运用理论、计算和实验相结合的方法进行了深入的研究。

    他们发现,通过调整扭曲双层石墨烯中拓扑扁带的色散,可以轻松控制和操纵在霍尔效应中起关键作用的贝里曲率偶极矩(详情请见补充说明)。

    利用垂直施加的电场,研究人员发现可以轻松调整扭曲石墨烯中平坦带的色散,并观察到在施加横向驱动电流时,纵向上有明显的非线性电压响应。随着外加电场、应变和扭曲角度的调整,响应也会发生明显变化,表现出增加、减少和方向变化。

    这些实验观察结果证实了非线性传输行为对拓扑平坦带中贝里曲率热点滑动的敏感性,其理论计算结果完美地解释了这一点。

    研究人员还研究了摩尔电势和扭曲角度在扭曲双层石墨烯的可控非线性霍尔效应中的作用。他们发现,摩尔势的强度在决定观察到的非线性响应的大小方面起着至关重要的作用。通过改变石墨烯层间的扭曲角度,研究人员能够操纵摩尔电势,从而控制非线性传输行为。

    在扭曲双层石墨烯中展示的可控非线性霍尔效应为在新的实验平台上实现量子霍尔材料和非线性霍尔效应带来了巨大的潜力。与传统电子器件不同,石墨烯中的非线性霍尔效应由低频电流驱动,没有电压阈值或转换时间的限制。这为利用低频电流进行频率倍增和整流的应用提供了可能性,尤其是在太赫兹频率范围内,在室温下具有显著响应和超高灵敏度。

    扭曲双层石墨烯中可控非线性霍尔效应的发现是量子材料领域的重大进展。它为凝聚态物理、新材料和量子信息领域的进一步探索和应用铺平了道路。

 
 

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