介观系统中的电导量子化

对介观系统电子输运性质的研究是当前凝聚态物理研究中的活跃领域。介观尺度下,由于量子力学效应,出现了一些特殊的物理现象,如电导量子化。本文从理论和实验两方面对介观输运领域的研究情况作了简要回顾,介绍了一些较新的研究成果,并讨论了电导量子化在下一代集成电路中可能的应用方向。

石墨烯纳米带p-n结的电子输运特性

本文研究了石墨烯纳米带p-n结的电导特性。当费米面处于p-n结的能量中点时电导达到最大值,费米面从该点移到p区或n区的中性点的过程中,电导呈台阶状不断减小。这些台阶是由于费米面扫过p区或n区横向模式本征能量造成的。当费米面每扫过一个横向本征能量时,电导就减小一个台阶。每个台阶的高度由量子隧穿的强度决定,并与p-n结势的斜率有关。这对石墨烯纳米电路的实用化方面有潜在的应用。

一维准周期镶嵌模型的扩展态

最近的理论研究发现,一维准周期镶嵌模型存在迁移率边。在该文中,研究该模型的量子输运,尤其是扩展态的两端口电导,模型的输运相图、平均值和统计分布。扩展态的电导并不恒为1,而是有干涉共振条纹,用波函数的行为解释这些干涉条纹。该模型的扩展态能在极强的准周期势能下存活,通过电导的统计分布,以及与波函数分形维度的比较,解释其中的物理图像。

大尺度介观电学输运在纳米结构石墨烯中的实现

Anderson局域化是量子波动性导致的最重要的物理现象之一。Anderson局域化理论原是对电子体系提出的,但是由于电子波动性只在很小的范围内(即相位相干长度内)有效,使得Anderson局域化的观测成为一个难点。在文章中,作者报道了在纳米结构石墨烯中首次观测到的二维Anderson强局域化现象。更重要的是作者找到了使电子相位相干长度增长至少一个量级的方法,使得电子的相位可以更容易地被操控。作者用尺寸标度方法得到三组局域化长度分别为1.1,2.0和3.4mm。局域化长度随磁场的变化和理论预测符合得非常好。大尺度介观电学输运,表现为并行于二维变程跳跃电导的另一通道。低温下(T<25 K)观测到费米能级附近存在的库仑准能隙抑制了电子与电子间的非弹性散射,从而使得相位相干长度增长到10mm。