在高迁移率的GaAs量子阱上实现了低无序半导体AG.doc
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1、在高迁移率的GaAs量子阱上实现了低无序半导体AG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
2、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(通讯作者)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
3、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。图一 三角形反点晶格中的低无序人造石墨烯(a)在GaAs量子阱上刻印的带有周期b的三角形反点晶格示意图,白色圆圈代表半径为r的刻蚀反点,黑色和灰色区域代表未刻蚀区域,黑色圆圈表示以周期a=b/3的蜂窝图案排列的有效点,在评估AG带结构中,我们在单颗粒近似中使用具有费米能量的丸盒势(红色虚线),V0是刻蚀区域的潜在深度,每个反点都会产
4、生一个有效的排斥势V0(b)在三角形反点晶格中计算的电子密度,其中V0=6 meV、b=70 nm、a=40.4 nm以及r=20 nm,黄色箭头强调了在最邻近点之间的强化电子耦合,颜色条表示电子密度(c)b中带参数AG的两个最低狄拉克带,EM表示M点附近的带隙值图二 在三角形反点晶格中制备的人造石墨烯(a)Zep 520抗蚀剂通过电子束暴露在80 kV的加速电压下,之后,抗蚀剂演化成三角形反点图案(b)带有图案的抗蚀剂通过电子泛光暴露在3 kV加速电压下,用以增强抗蚀剂的化学稳定性(c)将BCl3基干刻蚀剂以深度控制的方法将图案转移到衬底上(d)除去残余的抗蚀剂后的最终器件,QW位于表面下方
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