當(dāng)人們遇到具有潛在有趣電子特性的新材料時(shí)，他們做的第一件事就是測量霍爾電壓。隨著新型 2-D 材料的爆炸式增長，這一點(diǎn)最為真實(shí)，但事實(shí)證明，由用于進(jìn)行霍爾電壓測量的 2-D 材料制成的設(shè)備通常具有不合適的幾何形狀。這正是新南威爾士大學(xué)的 Adam Micolich 和他的團(tuán)隊(duì)在開始研究 2-D III-V 半導(dǎo)體 InAs 的特性時(shí)發(fā)現(xiàn)的，并意識到他們需要考慮設(shè)置之間的不匹配他們擁有和他們的目標(biāo)設(shè)置。“我們認(rèn)為這一定是在文獻(xiàn)中;我們不能第一個(gè)想要糾正這個(gè)問題，但實(shí)際上什么都沒有，”他告訴 Phys.org。

擁有博士學(xué)位 學(xué)生 Jakob Seidl 和博士后 Jan Gluschke 熱衷于確定二維設(shè)備的非理想幾何形狀對其霍爾測量的影響程度，研究人員開始對設(shè)置進(jìn)行建模并在二維霍爾設(shè)備上進(jìn)行一系列艱苦的實(shí)驗(yàn)不同的幾何形狀。他們發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)霍爾測量的理想幾何形狀的障礙并不是引入了輕微的不準(zhǔn)確性;事實(shí)上，測量結(jié)果通常相差兩倍，在某些情況下甚至相差一個(gè)數(shù)量級。“有趣的是，在大多數(shù)情況下，這意味著人們低估了他們最看重的東西，即材料的流動性，”Micolich 補(bǔ)充道。“他們的材料比他們想象的要好，他們只是看不到它，因?yàn)樗麄兊脑O(shè)置并不理想。”

二維的問題

霍爾效應(yīng)是指當(dāng)磁場施加到有電流流過的材料上時(shí)產(chǎn)生的電壓，其中三者相互垂直。該霍爾電壓很好地指示了材料中電子的密度，這與遷移率一起給出了材料的整體導(dǎo)電性。

對于 Micolich 來說，霍爾測量中具有笨拙形態(tài)的材料是一個(gè)老問題。該小組的工作脫離了之前關(guān)于 III-V 納米線的工作，其中問題在于將電極連接到如此窄的設(shè)備上以測量霍爾電壓，而無需彼此接觸，然后測量在如此短的距離上產(chǎn)生的微小電壓。對于納米線，實(shí)際獲得任何測量的困難意味著科學(xué)家們已經(jīng)訴諸各種通常不令人滿意的變通方法來測量電子特性。然而，Lund 的 Lars Samuelson 小組和 Julich 的 Thomas Schapers 小組展示了第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)納米線霍爾測量所需的納米級靈巧性和靈敏度。

大約一年前，澳大利亞國立大學(xué)的 Philippe Caroff 及其同事發(fā)現(xiàn)，他們可以調(diào)整模板來生長 InAs 陣列，而不是納米線的形狀，而是將寬度拉伸成二維“納米鰭”。在這里，霍爾測量應(yīng)該更簡單一些，因?yàn)榛魻栯妷菏窃诟h(yuǎn)的距離上產(chǎn)生的，從而導(dǎo)致更容易測量的更大值。然而，雖然可以使用二維材料進(jìn)行霍爾測量，但理想的幾何形狀是長大于寬的矩形，其中一對點(diǎn)接觸恰好接觸二維材料的側(cè)面。在實(shí)驗(yàn)中，這些點(diǎn)接觸具有有限的寬度，就設(shè)備的長度而言可能非常大。此外，電極的一部分不可避免地會與二維材料的頂部重疊，因?yàn)樗鼈兲×恕?ldquo;頂部的一點(diǎn)金屬實(shí)際上非常重要，”Micolich 說。

使用二維材料的另一個(gè)特點(diǎn)是再現(xiàn)相同形態(tài)的問題，這使得對幾何效果的系統(tǒng)比較特別困難。在這里，Micolich 和他的團(tuán)隊(duì)的優(yōu)勢在于，可以一次性批量生長數(shù)百萬個(gè)幾乎相同的鰭。為了進(jìn)一步減少設(shè)備變化對結(jié)果的影響，他們使用盡可能少的鰭片，并連接多組具有不同間距、形狀和重疊的電極，以盡可能地進(jìn)行同類比較。

手頭的更正

這項(xiàng)工作不僅強(qiáng)調(diào)了這些材料的性能比以前想象的要好，而且還提供了測量表，以便人們可以找出如何糾正自己設(shè)備的缺點(diǎn)。概述的修正預(yù)計(jì)適用于所有材料，無論其具體屬性如何，因?yàn)橹挥性O(shè)備的幾何形狀會影響測量。

Micolich 表示，多年來可能有許多團(tuán)體意識到他們的設(shè)備不適合霍爾測量的理想幾何形狀，并且可能對在文獻(xiàn)中沒有找到任何指出如何校正這種效應(yīng)的文獻(xiàn)感到失望。

“嗯，”米科利奇說，“現(xiàn)在有了。”

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