石墨烯中的电子分散过程

研究人员在量子霍尔领域对石墨烯p-n结进行了精确地电流波动（噪声）测试，来研究石墨烯中的电子分散过程。

如图显示了在测量的散粒噪声的结果。红点表示p-n结中观察到的散粒噪声，这恰恰是由于电子分散过程造成的。另一方面，在单极性结构中（蓝点表示）没有噪声。

由大阪大学、东京大学、京都大学以及国家材料科学研究所的组成的联合研究团队在量子霍尔领域对石墨烯p-n结进行了精确地电流波动（噪声）测试。

我们知道，在电子领域，散粒噪声源于电荷的分散性。该团队发现，在p-n结的交界处有散粒噪声出现，而在单极性的半导体（n-n结）上这种噪音是不存在的。因此这有力地证实了在p-n结中存在电子分散过程。

他们的研究发现与2008年提出的理论预测相吻合，并第一次给出了微观证据来表明异质结边缘态是混合的。这项成果无论是对于阐明石墨烯电子分散过程的独特性质，或者是利用量子霍尔领域的石墨烯设计新型电子干涉仪，都有着重大意义。

像石墨烯这种无质量的狄拉克电子系统会表现出明显的半整数量子霍尔效应，并在p-n结中出现同向传播的边缘态。此外，这些边缘态在交界处均匀混合，这使得它成为一个独特的结构。

虽然之前许多实验都研究过过电子分散，但在石墨烯这种特殊的结构中，并没有对其微观动力学给出一个清楚的解释。在这里，我们分别在量子霍尔领域以及零磁场中对石墨烯异质结进行了精确地电流波动（噪声）测试。结果发现，与零磁场形成了鲜明对比，在量子霍尔领域中，p-n结散粒噪声是有限的，但在单极性结构中散粒噪音被强烈抑制。我们的实验给出了边缘处的电子会沿p-n结以独特的方式进行混合的微观证据，这与理论预测是相吻合的。