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馬德里自治大學(xué)Iván Brihuega研究組--亞納米級(jí)精度石墨烯中的狄拉克準(zhǔn)粒子的量子限制

一直以來(lái)，無(wú)論對(duì)于自上而下還是自下而上的方法而言，構(gòu)建形狀，尺寸和位置都具有納米精度的限制結(jié)構(gòu)都是一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)挑戰(zhàn)。此外，Klein隧穿提供了石墨烯電子的逃逸途徑，從而限制了靜電限制的效率。在這里，使用掃描隧道顯微鏡（STM）通過(guò)操控大量H原子構(gòu)建了亞納米精度的石墨烯納米圖案。在選定的區(qū)域內(nèi)以預(yù)定的方向和形狀，構(gòu)建單個(gè)石墨烯納米結(jié)構(gòu)。該方法允許隨意擦除和重建圖案，并且可以在不同的石墨烯襯底上實(shí)施。STM實(shí)驗(yàn)表明，這種石墨烯納米結(jié)構(gòu)非常有效地限制了石墨烯狄拉克準(zhǔn)粒子。在石墨烯量子點(diǎn)中，完美定義的能帶隙高達(dá)0.8 eV，發(fā)現(xiàn)該尺度與量子點(diǎn)的線性尺寸成反比，這與無(wú)質(zhì)量狄拉克費(fèi)米子所期望的一樣。

Figure 1. a）宏觀加氫后石墨烯區(qū)域的100×100 nm2 STM形貌。b）通過(guò)H圖案形成22 nm三角形石墨烯點(diǎn)后，與圖（a）中相同的區(qū)域。c-e）連續(xù)STM圖像，顯示了該圖案方法的通用性和可逆性。f）H圖案過(guò)程的原理示意圖，g）高分辨率STM圖像。H）長(zhǎng)度超過(guò)100 nm，4 nm寬的納米帶。I）在ML和BL之間30 nm寬納米帶連續(xù)圖案化。

Figure 2. a）在H-圖案化石墨烯納米帶上進(jìn)行STS實(shí)驗(yàn)。左圖：23 nm寬絲帶的STM圖像。b）在圖案化的石墨烯納米方塊上進(jìn)行STS實(shí)驗(yàn)。左圖：27 nm寬納米方塊的STM圖像。

Figure 3. a）電子去耦石墨烯層上制造的5 nm三角形石墨點(diǎn)的STM圖像。b）測(cè)量的STS曲線，在130 K處具有相同的尖端，在量子點(diǎn)的中心（黑色曲線）和外部清潔臺(tái)階（紅色曲線）。c）dI/dV曲線顯示了第一空束縛態(tài)的寬度。

Figure 4. 可調(diào)的石墨烯能帶隙。a）85×60 nm2 STM圖像，顯示了在相同石墨烯臺(tái)階（不同尺寸）上圖案化的三個(gè)三角形石墨烯點(diǎn)。b，c）在140 K下測(cè)量的I/V和dI/dV曲線。d）能帶隙對(duì)尺寸的依賴(lài)性。

相關(guān)研究成果于2020年由馬德里自治大學(xué)Iván Brihuega研究組，發(fā)表在Adv. Mater.期刊上。原文：Quantum Con?nement of Dirac Quasiparticles in Graphene Patterned with Sub-Nanometer Precision。

轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)：



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