石墨烯獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)意味著電子通過(guò)它的方式與大多數(shù)其他材料不同。這種獨(dú)特傳輸?shù)囊粋€(gè)結(jié)果是，施加電壓不會(huì)像在大多數(shù)其他材料中那樣阻止電子。這是一個(gè)問題，因?yàn)橐檬┘捌洫?dú)特的電子(例如量子計(jì)算機(jī))進(jìn)行有用的應(yīng)用，就必須能夠停止和控制石墨烯電子。

來(lái)自馬德里自治大學(xué)(西班牙)、格勒諾布爾阿爾卑斯大學(xué)(法國(guó))、國(guó)際伊比利亞納米技術(shù)實(shí)驗(yàn)室(葡萄牙)和阿爾托大學(xué)的跨學(xué)科科學(xué)家團(tuán)隊(duì)解決了這個(gè)長(zhǎng)期存在的問題。該團(tuán)隊(duì)包括實(shí)驗(yàn)研究人員 Eva Cortés del Río、Pierre Mallet、Héctor González-Herrero、José María Gómez-Rodríguez、Jean-Yves Veuillen 和 Iván Brihuega 以及包括 Joaquín Fernández-Rossier 和應(yīng)用物理學(xué)系助理教授 Jose Lado 在內(nèi)的理論家在阿爾托。

實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)使用原子磚建造能夠阻止石墨烯電子的墻。這是通過(guò)創(chuàng)建限制電子的原子壁來(lái)實(shí)現(xiàn)的，從而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)，然后將其光譜與理論預(yù)測(cè)進(jìn)行比較，證明電子是被限制的。特別是，獲得了工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了幾乎完美的電子限制，正如具有非常長(zhǎng)壽命的尖銳量子阱共振的出現(xiàn)所證明的那樣。

本周發(fā)表在Advanced Materials 上的這項(xiàng)工作表明，可以通過(guò)對(duì)大量氫原子的集體操作來(lái)制造石墨烯電子的不可穿透的墻壁。在實(shí)驗(yàn)中，使用掃描隧道顯微鏡構(gòu)建了具有亞納米級(jí)精度的人造墻。這導(dǎo)致了任意復(fù)雜形狀的石墨烯納米結(jié)構(gòu)，尺寸從兩納米到一微米不等。

重要的是，該方法是非破壞性的，允許研究人員隨意擦除和重建納米結(jié)構(gòu)，為創(chuàng)建人造石墨烯設(shè)備提供前所未有的控制程度。實(shí)驗(yàn)表明，工程納米結(jié)構(gòu)能夠完美地將石墨烯電子限制在這些人工設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)中，克服了克萊因隧道效應(yīng)帶來(lái)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。最終，這開辟了許多令人興奮的新可能性，因?yàn)榧{米結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了可以選擇性耦合的石墨烯量子點(diǎn)，為人工設(shè)計(jì)的量子物質(zhì)開辟了可能性。

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