【引語(yǔ)】
因?yàn)閺椀离娮釉诰鶆虻膹椀朗S電子氣之中的表現(xiàn)和光相似，當(dāng)電子穿過(guò)彈道半導(dǎo)體結(jié)的墨烯時(shí)候，會(huì)發(fā)生和自然環(huán)境中的彈道石光束穿過(guò)光學(xué)界面時(shí)相似的反射，這說(shuō)明了可以通過(guò)器件像幾何光學(xué)操縱光子一樣來(lái)操控電子。墨烯由于石墨烯零帶隙的彈道石能帶結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的墨烯柵極電調(diào)控形成高度透明的石墨烯P-N結(jié)，石墨烯極高的彈道石本征電子遷移率可以實(shí)現(xiàn)在室溫下發(fā)生微米尺度的彈道傳輸，石墨烯也因此成為了研究固體中的墨烯電子光學(xué)的理想平臺(tái)。
【成果簡(jiǎn)介】
美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的彈道石Shaowen Chen，Zheng Han和Cory R. Dean（共同通訊作者）等提出使用橫向電磁聚焦來(lái)研究載流子在石墨烯電調(diào)制石墨烯P-N結(jié)處的墨烯傳播。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，彈道石電子在該界面處觀察到的墨烯正反射和負(fù)反射均滿(mǎn)足斯涅耳定律，此外，彈道石研究人員還利用P-N結(jié)處的墨烯共振透射直接測(cè)定電子反射角度與透射系數(shù)之間的關(guān)系。
【圖文介紹】
圖一 ：器件結(jié)構(gòu)及電子反射原理
圖a : 利用橫向磁場(chǎng)來(lái)聚焦電子使其以不同的彈道石角度進(jìn)入P-N結(jié)。電子回旋半徑?jīng)Q定其入射角度。通過(guò)兩個(gè)柵極電壓控制電子入射界面處的不同密度，不同電子密度決定了不同的反射角度。
圖b: 通過(guò)三個(gè)例子分別展示了不同的共振路徑。
圖c : 該分離柵器件的頂視圖和截面圖。
圖二 ： 電子的斯涅耳定律
圖a : 1.7K下，石墨柵極區(qū)域保持在一定的P型摻雜濃度時(shí)，P-N結(jié)的并聯(lián)電阻值。
圖b: a圖中數(shù)據(jù)的模擬結(jié)果。
圖c : P-P型結(jié)（頂部）和P-N型結(jié)（底部）的電子共振軌跡線。
圖d : 從最低的諧振模式來(lái)繪制峰的位置和磁場(chǎng)B的圖像，其中P-P和P-N數(shù)據(jù)點(diǎn)可以從A圖得到。
圖e : 從峰的位置計(jì)算得到斯涅耳定律的參數(shù)。
圖f : 透射密度和入射角度之間的關(guān)系。
圖三 ：Veselago 透鏡仿真
圖中展示了在不同P-N結(jié)寬度下透射概率的變化。圖中插圖分別展示了突變結(jié)和緩邊結(jié)的模擬電子軌跡。理論上，由于負(fù)折射跨越P-N結(jié)的的發(fā)散電子會(huì)聚焦在一個(gè)等距點(diǎn)上，而緩邊結(jié)中由于大多數(shù)電子被反射，因此不能觀察到Veselago聚焦。
圖四：溫度依賴(lài)性
圖a和b 分別展示了P-P型結(jié)和P-N型結(jié)的共振峰的高度在各種溫度下與磁場(chǎng)之間的關(guān)系。圖中可以觀察到在溫度為70K左右時(shí)，共振峰會(huì)幾乎消失，在這個(gè)溫度下石墨烯的自由程接近于器件的共振路徑長(zhǎng)度（≈7μm）。
【小結(jié)】
該文章最后將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬的結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)P-N結(jié)的有效寬度對(duì)結(jié)果起著重要的作用，這為未來(lái)的器件設(shè)計(jì)提供了一定的指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也為實(shí)現(xiàn)基于石墨烯P-N結(jié)的電子光學(xué)奠定了基礎(chǔ)。
文獻(xiàn)連接 ：Electron optics with p-n junctions in ballistic grapheme （Science，2016，DOI: 10.1126/science. aaf5481）
本文由材料人電子電工學(xué)術(shù)組徐瑞供稿，材料牛整理編輯。
材料牛網(wǎng)專(zhuān)注于跟蹤材料領(lǐng)域科技及行業(yè)進(jìn)展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業(yè)從業(yè)者，如果您對(duì)于跟蹤材料領(lǐng)域科技進(jìn)展，解讀高水平文章或是評(píng)述行業(yè)有興趣，點(diǎn)我加入編輯部。
材料人網(wǎng)尊重所有進(jìn)行知識(shí)傳播的媒體，轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系tougao@cailiaoren.com。
