期刊信息
曾用名:量子电子学
主办:中国光学学会基础光学专业委员会;中国科学院合肥物质科学家研究院
主管:中国科学院
ISSN:1007-5461
CN:34-1163/TN
语言:中文
周期:双月
影响因子:0.365217
数据库收录:
文摘杂志;北大核心期刊(2000版);北大核心期刊(2004版);北大核心期刊(2008版);北大核心期刊(2011版);北大核心期刊(2014版);北大核心期刊(2017版);化学文摘(网络版);中国科学引文数据库(2011-2012);中国科学引文数据库(2013-2014);中国科学引文数据库(2015-2016);中国科学引文数据库(2017-2018);中国科学引文数据库(2019-2020);日本科学技术振兴机构数据库;中国科技核心期刊;期刊分类:无线电电子学;物理学
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学术活动_第十三届全国光学前沿问题讨论会论文摘要集
二维量子材料研究进展与趋势(2)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】世界范围内提高石墨烯二维电子气迁移率的努力一直在继续。最近,美国UC Santa Barbara的Young等人进一步提高了样品迁移率,在石墨烯中发现了非阿贝尔的分
世界范围内提高石墨烯二维电子气迁移率的努力一直在继续。最近,美国UC Santa Barbara的Young等人进一步提高了样品迁移率,在石墨烯中发现了非阿贝尔的分数量子霍尔效应态,这些非阿贝尔态是凝聚态体系中量子计算的一个可能的选项。随着样品质量的提高,石墨烯中新的量子现象层出不穷,带来新物理的发现和新技术的革新。
2. 石墨烯材料生长制备与应用研究进展
在单层石墨烯的大面积生长方面,美国和韩国的研究者引领了早期的研究。2009年,美国UT Austin大学的Ruoff等人,首次在铜箔的表面实现了单层石墨烯的大面积化学气相沉积(CVD)生长。随后的7年里,在石墨烯的CVD生长机理、生长面积、样品质量、衬底选取等方面都取得了长足的研究进展。2010年,韩国成均馆大学的Hong等人发展了roll-to-roll的转移方法,成功制备了30英寸大小的单层石墨烯薄膜。2012年,日本Sony进一步改进生长和转移方法,实现100米长度的石墨烯薄膜制备。
在应用研究领域,高迁移率使石墨烯高频电子器件和光电器件成为可能,美国IBM的研究处于世界领先地位。他们在2009年演示了可工作在40GHz高频的石墨烯光电探测元,在2011年展示了截止频率在155GHz的石墨烯电子器件。石墨烯良好的导电导热性能以及高比表面积使得它在一些低端应用上有一定的优势。石墨烯可以作为导电导热添加剂增加现有材料的导电导热性质,用于锂电池电极、散热片、防腐剂。石墨烯作为一个透明的导电材料,可能替代传统的氧化铟锡薄膜,用于触摸屏。
3. 二维硫族化合物最新研究进展
硫族元素与过渡金属化合物(TMDCs)是一类具有很强各向异性的层状材料,一般用结构式MX2来表示,X为硫族元素(硫,硒或碲),M为过渡族金属(如钼,钨,钛等)。TMDC层状化合物中分离出的单层晶体就是二维TMDC材料。
目前二维TMDC材料中,研究最深入的是二维二硫化钼(MoS2)等半导体型的成员。MoS2在电子学、光电子学以及能谷电子学等方面有很强的研究与应用价值。2005年Geim课题组用机械解理的方法制备出了单层MoS2晶体;2010年Feng Wang和Tony Heinz分别用光学手段发现,减薄到单个原子层之后,MoS2具有1.8eV的直接带隙,不同于体相的间接带隙,随即涌现了大量关于单层MoS2光学与光电特性的研究工作。2011年Andras Kis成功制备了高性能的单层MoS2场效应管,开关比达到108,超越了没有带隙的石墨烯,成为二维场效应管材料的有力竞争者。由MoS2和锗构成的隧穿场效应管的亚阈值摆幅,突破了金属氧化物半导体场效应管的理论极限。
单层MoS2的中心反演对称性破缺,衍生出了能谷作为一个新的量子自由度,催生了谷自旋电子学领域的发展。2012年,Tony Heinz和Xiaodong Cui分别在单层MoS2中实现了利用圆偏振光控制能谷级化。2014年Kin Fai Mak在单层MoS2中探测到了能谷霍尔效应,对双层MoS2的能谷霍尔效应进行了电学调控。在单层MX2构成的异质结中发现了不同于体材料的优越光电子学特性,在单层MoS2/WS2体系中,光照后的电荷转移可以在50飞秒以内发生,这样高速的响应使得这一类范德华PN结在光探测中具有很大的潜力。实验上观测到MoSe2/WSe2异质结中的激子寿命可以达到1.8纳秒。利用偏振光来激发谷极化的激子,其寿命可长达40纳秒。这意味着谷极化的激子可以在实空间运动几微米的长度,使研究能谷相关的物理成为可能。
除了上述以MoS2为主的半导体型二维TMDC材料,对强关联二维TMDC体系的研究也开始发展。Yoshihiro Iwasa等利用离子液体对MoS2进行掺杂,得到临界温度达到11K的超导电性。在NbSe2和TaS2薄层中,发现了与维度有关的电荷密度波效应。在离子液体掺杂的MoS2和单层NbSe2中还发现了二维伊辛超导电性的证据。
4. 二维半导体黑磷研究进展
黑磷是由磷原子组成一个层状晶体,由美国Bridgman在1904年首次合成,但在过去的100年时间里只有零星的工作研究其块材性质。2014年,复旦大学的张远波课题组和中国科学技术大学的陈仙辉课题组合作,首次发现黑磷晶体管有很好的器件特性。作为一个有直接带隙同时具有高迁移率的二维半导体材料,黑磷引起了广泛关注。众多美国、欧洲的实验室加入到黑磷的研究中来。
张远波课题组和陈仙辉课题组进一步合作提高样品质量,在黑磷二维器件中观察到量子振荡和量子霍尔效应,领先于美国和欧洲在此方面的研究。张远波课题组和陈仙辉课题组量子霍尔效应方面的工作还表明,黑磷中的载流子有很大的质量,使得黑磷中电子和电子之间有很强的相互作用,有可能催生出奇异的分数量子霍尔效应态。进一步提高样品质量是黑磷研究的一个重要方向。
文章来源:《量子电子学报》 网址: http://www.lzdzxbzz.cn/qikandaodu/2021/0212/457.html