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低无序半导体人造石墨烯中的多体效应

 

多体效应在低维电子系统中发挥着重要作用,并且由于其与蜂窝拓扑结构之间相互作用而使其在石墨烯物理领域引起了极大的关注。虽然石墨烯中相互作用的理论处理通常假定系统均为清洁且可控的,但这些先决条件难以在天然材料中得到满足。石墨烯中的二维(2D)鞍点激子(从M点处的鞍点奇点红移)具有显著的多体效应,但它们的光学响应远低于器件应用的相关能量范围。人造石墨烯(AG)是一种用于模拟2D晶体物理中量子行为的可控平台,其所具有可调蜂窝晶格的AG系统适用于探索类石墨烯带结构中多体效应的量子条件。然而,目前固态AG中的电子-电子相互作用还未见报到,尤其是GaAs基的AG,主要是难以实现观察这种效应的低无序性条件。

近日,哥伦比亚大学的Lingjie Du等人在著名期刊Nature Communications上发表题为“Emerging many-body effects in semiconductor artificial graphene with low disorder”的研究论文,文中报道了在高迁移率的GaAs量子阱(QW)上实现了低无序半导体AG。研究人员制备出了小周期三角形的反点晶格,用以显著抑制加工扰动对电子的影响,从而在所生长的QWs上保持了高质量状态。这一成就使观察到受交换库仑相互作用的集体鞍点自旋激子成为可能,所观察到的库仑交换相互作用能量与M点处狄拉克带的能隙相当,这表明准粒子相互作用与AG势能之间的相互影响。在低无序的AG晶格中观察集体鞍点自旋激子以及所出现的相对大的库仑相互作用都表明在AG中是以电子-电子相互作用效应为主导的体系,这就可以探索一些在石墨烯中无法得到的多体效应。

文中所实现的低无序AG揭示了在状态密度M点的奇点处存在集体太赫兹鞍点自旋激子。低无序AG是一种可用于研究类石墨烯物理的高度可调的凝聚态系统,其中电子相互作用与AG晶格的六方拓扑态之间的相互作用占主导地位。该研究发现可能为研究凝聚态系统中强相关量子态(铁电性和非传统超导性)开辟了新的方法,扩展了量子模拟的工具箱。鉴于鞍点激子处于太赫兹范围并受可调参数的影响,低无序AG可为光电器件应用提供一种半导体平台。

 

 

(来源:材料人)

发布时间:2018-8-31 浏览次数:139
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