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六方氮化硼中局域电子态的隧道谱学研究

DOI：10.1038/s42005-018-0097-1 期刊：Communications Physics 出版年份：2018 更新时间：2025-09-04 15:30:14
摘要： 六方氮化硼是一种大带隙层状晶体，常作为绝缘体或隧穿势垒被集成于范德瓦尔斯异质结构中。其带隙内的局域态能发射可见光，适用于纳米光子学和量子信息处理领域。但这些局域态也会形成导电通道，在施加高电压时可能引发电击穿。本研究采用门控隧穿晶体管，探究通过夹在两层单原子石墨烯电极之间的少原子层氮化硼势垒中局域态的共振电子隧穿现象。测量数据用于确定50余个不同局域态的能量、线宽、隧穿传输概率及其在势垒中的深度。研究还分析了电子通过两个空间分离局域态的三步隧穿过程。
作者： M.T. Greenaway，J.R. Wallbank，M. Holwill，T.M. Fromhold，A. Patanè，A.K. Geim，V.I. Fal’ko，E.E. Vdovin，D. Ghazaryan，A. Misra，A. Mishchenko，Y. Cao，Z. Wang，Yu.N. Khanin，S.V. Morozov，K. Watanabe，T. Taniguchi，O. Makarovsky，K.S. Novoselov，L. Eaves
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研究概述 实验方案

研究目的

研究通过夹在两层单原子石墨烯电极之间的少数原子层氮化硼势垒中局域态的共振电子隧穿现象，并测定50多个不同局域态的能量、线宽、隧穿透射概率及势垒内的深度。

研究成果

该研究观测到石墨烯单层之间通过六方氮化硼（hBN）隧穿势垒中的单个局域态实现的共振电子隧穿。理论模型确定了势垒区域中单个局域态的能量、线宽、隧穿耦合系数及空间坐标。研究还观测到一个三步非弹性隧穿过程，为未来利用和控制通过hBN局域态的电子隧穿提供了见解。

研究不足

由于在势垒上施加了高达约±300 mV/nm的强电场以避免击穿，本研究仅限于能量范围在?0.3至0.3 eV的局域态。器件中具有隧穿活性的缺陷面密度非常小，比零偏压和栅极电压下石墨烯电极中的电子面密度低约4个数量级。

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