物理学家畜栏电子使用新的量子工具

新出版的研究详细介绍了MIT的物理学家如何使用新的“耳语画廊”效应在石墨烯中的纳米级圆形腔内限制电子。

研究人员成功地为一片石墨烯中的电子创造了一种新的“耳语画廊”效果 - 使得可以精确地控制反射材料内电子的区域。他们说，这项成就可以为新型电子镜头提供基本的构建块，以及结合电子和光学的基于量子的设备。

新系统使用针状探针，该探针构成当前扫描隧道显微镜（STM）的基础，使得能够控制石墨烯内反射区域的位置和尺寸 - 这是一种刚刚的二维碳形式的碳一个玉米浓稠。

新的发现是在杂志上出现的论文中描述的，由Mit Mit Metonid Levitov和国家标准和技术研究所（Nist），马里兰大学，伦敦帝国学院和国家的研究人员合作日本筑波的材料科学（NIMS）研究所。

当STM的尖锐尖端达到一片石墨烯上时，它在levitov说，它在“作为完美的弯曲镜中”的纸张上产生圆形屏障，莱维多夫说，沿着弯曲表面反射它们直到它们开始干扰他们自己。这种可控的反射率和干扰是相似的，他增加了所谓的“耳语廊”限制模式，这些模型已经用于光学和声学系统 - 但这些禁止模式尚未被调节或可调。

“在光学中，潜在光学的画廊谐振器是已知且有用的，”Levitov说。“它们提供了高质量的腔，可以在感测，光谱学和通信中找到应用。但光学中的通常问题是它们没有调音。“类似地，以前为电子产生量子“腐蚀”的尝试已经使用精确定位在表面上的原子，这不能轻松重新计算。

这种情况下的限制由石墨烯表面上的两个不同区域之间的边界产生，对应于晶体管中的“P”和“N”区域。在这种情况下，在STM尖端下方的圆形区域采用一个极性，并且周围区域相反的极性，在两个区域之间产生可控的圆形连接。石墨烯内部的电子表现得像光颗粒;在这种情况下，圆形连接用作可以聚焦和控制电子的弯曲镜。

Levitov表示，预测这种现象可能会找到特定用途，但增加了，但增加了，“任何谐振器都可以用于各种各样的东西。”

该电子谐振器结合了几个良好的特征。显然有些特殊的东西在同时进行可调性和高质量。“

哈佛大学的物理学教授Philip Kim没有与本研究联系，表示这是“展示石墨烯新颖的电子特性的非常值得注意的例子”。他补充说：“石墨烯中的电子表现得像在二维原子片中限制的光子。这项工作明确地说明了在扫描探针显微镜中产生的电位中限制的电子表现出像谐振行为一样的波浪，称为窃窃私廊模式。“

由于新系统基于良好的STM技术，因此它可以在Levitov建议中相对较快地开发到可用设备中。方便地，STM不仅创造了耳语的画廊效果，还提供了观察结果的手段，研究现象。“小费在这种情况下双重义务，”他说。

Levitov说，这可能是迈向创建电子镜片的一步 - “一个扼杀石墨烯研究人员的概念”。原则上，这些可以提供一种观察物体的一种方式，其中千分之一的尺寸可以使用光波可见的尺寸。

电子透镜将代表来自现有电子显微镜的根本不同的方法，该方法轰炸了具有高能电子束的表面，从而消除了观察到的物体内的任何微妙效果。相比之下，电子镜片将能够在对象本身内观察到环境的低能量电子。

在NIST中开发的设置的吸引人特征是，可以用作透镜的两个表面区域之间的边界是可移动的，因为它在扫描表面时与STM尖端一起携带。Levitov说，这可以实现“关于载体如何在微观水平的情况下表现出微妙的事情，”你看不到外面，“

Levitov及其同事的新工作提供了一件这样的系统 - 以及其他先进的电光系统的系统，他说，如负折射材料，这些材料被提出为一种“隐形斗篷”。电子的新潜在耳语 - 泳道模式是工具箱的一部分，可能导致全系列的基于量子的电子 - 光学器件。Levitov说，它也可以用于高保真感测，因为这种谐振器“可用于增强对非常小信号的敏感性。”

哈佛的金说，这项工作是基于石墨烯中电子的独特相对论量子力学行为来构建新型电子应用的重要一步。“

研究团队还包括来自麻省理工学院的研究生Joaquin Rodriguez-Nieva;岳钊，乔纳森·威尔克，法比安·尼科特，Nikolai Zhitenev和Nist Joseph Stroscio;来自伦敦帝国学院的塞浦路斯lewandowski;和尼姆的kenji watanabe和takashi taniguchi。

出版物：Yue Zhao，等，“在石墨烯中创建和探测电子潜水基画廊模式”2015年5月8日：卷。 348号。 6235 PP 672-675; DOI：10.1126 / science.aaa7469.

图像：Jon Wyrick / NIST