中科院物理所观测到锯齿形石墨烯纳米带边缘导电

　　近期，针对锯齿形边缘石墨烯纳米带，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心开展了磁输运测量研究，纳米物理与器件院重点实验室N07课题组研究员张广宇的博士生吴霜、沈成等人，利用课题组前期发展的氢等离子体各向异性刻蚀辅助的石墨烯纳米结构加工技术，在六方氮化硼绝缘衬底上加工了系列不同宽度的锯齿形边缘石墨烯纳米带。相关研究成果于5月22日发表在《物理评论快报》上。

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　　石墨烯特性之一是其电子结构对边缘非常敏感，其中，锯齿形边缘结构尤为引人注意。张广宇指出，过去二十几年间，锯齿形边缘石墨烯一直是理论领域的重点研究对象。到目前为止，锯齿形边缘石墨烯的边缘态观测主要依赖于扫描隧道显微术。

　　利用扫描隧道显微镜，科研人员已经验证了石墨烯锯齿形边缘处存在局域电子态，这种电子态会沿着边缘方向一直延伸，但在垂直边缘的方向迅速衰减；随着石墨烯纳米带宽度的减小，两个铁磁性的边缘局域电子态呈现反铁磁耦合，进而伴随着纳米带从金属性向半导体性转变。

　　相对于局域的电子态测量，研究边缘态对石墨烯输运性质的影响更加重要，既有助于人们更深入地了解这种电子态的物理内涵，也将为未来石墨烯纳米带电子和自旋器件的发展提供重要的物理基础。

　　然而，这方面的实验研究一直没有突破。张广宇认为存在的挑战主要包括两方面：一是如何获得适合输运研究的锯齿形边缘石墨烯纳米带高品质样品；二是在输运测量中如何将边缘态和“体态”分离开来以实现指认。

　　吴霜、沈成等人通过扫描隧道显微镜原子分辨成像和扫描隧道谱，验证了样品的高质量。同时，科研人员通过非局域测量也在零磁场下观测到了一个电压信号，其能量位置与磁输运下的电导峰一致，进一步证实了边缘态参与导电。“此外，在边缘无序的石墨烯纳米带对比样品中，这种边缘输运特征并未出现，证实这种边缘导电是锯齿形边缘所独有。”张广宇说。