紐約州阿普頓——研究雙層石墨烯兩種不同結(jié)構(gòu)的科學(xué)家——二維 (2-D) 原子薄形式的碳——已經(jīng)檢測到電子和光學(xué)層間共振。在這些共振狀態(tài)下，電子以相同的頻率在二維界面的兩個原子平面之間來回彈跳。通過表征這些狀態(tài)，他們發(fā)現(xiàn)將一個石墨烯層相對于另一個扭曲 30 度，而不是將這些層直接堆疊在彼此的頂部，將共振轉(zhuǎn)移到較低的能量。從這個結(jié)果，剛剛發(fā)表在《物理評論快報》上，他們推斷出，與堆疊結(jié)構(gòu)相比，在扭曲結(jié)構(gòu)中兩層之間的距離顯著增加。當該距離發(fā)生變化時，層間相互作用也會發(fā)生變化，從而影響電子在雙層系統(tǒng)中的移動方式。對這種電子運動的理解可以為未來量子技術(shù)的設(shè)計提供信息，以實現(xiàn)更強大的計算和更安全的通信。
“今天的計算機芯片基于我們對電子如何在半導(dǎo)體中移動的知識，特別是硅，”第一作者和共同通訊作者戴忠偉說，他是美國功能納米材料中心 (CFN) 界面科學(xué)與催化組的博士后。美國能源部 (DOE) 的布魯克海文國家實驗室。“但是，硅的物理特性正在達到一個物理極限，即可以制造多小的晶體管以及可以在芯片上安裝多少個晶體管。如果我們能夠理解電子如何在二維材料的縮小尺寸中以幾納米的小尺度移動，我們或許能夠開啟另一種將電子用于量子信息科學(xué)的方法。”
在幾納米或十億分之一米處，材料系統(tǒng)的大小與電子波長的大小相當。當電子被限制在其波長尺寸的空間中時，材料的電子和光學(xué)特性會發(fā)生變化。這些量子限制效應(yīng)是量子力學(xué)波狀運動的結(jié)果，而不是經(jīng)典機械運動的結(jié)果，在經(jīng)典機械運動中，電子在材料中移動并被隨機缺陷散射。
對于這項研究，該團隊選擇了一個簡單的材料模型——石墨烯——來研究量子限制效應(yīng)，應(yīng)用兩種不同的探針：電子和光子(光粒子)。為了探測電子和光學(xué)共振，他們使用了一種特殊的基板，石墨烯可以轉(zhuǎn)移到該基板上。共同通訊作者、CFN 界面科學(xué)與催化組科學(xué)家 Jurek Sadowski 之前曾為量子材料壓機 (QPress) 設(shè)計過這種基板。QPress 是 CFN 材料合成和表征設(shè)施中正在開發(fā)的自動化工具，用于層狀二維材料的合成、處理和表征。通常，科學(xué)家在幾百納米厚的二氧化硅基底上從 3-D 母體晶體(例如，石墨烯中的石墨)剝離 2-D 材料“薄片”。然而，該基板是絕緣的，因此基于電子的詢問技術(shù)不起作用。因此，Sadowski 和 CFN 科學(xué)家 Chang-Yong Nam 和石溪大學(xué)研究生 Ashwanth Subramanian 在二氧化硅基板上沉積了一層僅 3 納米厚的氧化鈦導(dǎo)電層。
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