马德里自治大学Iván Brihuega研究组--亚纳米级精度石墨烯中的狄拉克准粒子的量子限制

一直以来，无论对于自上而下还是自下而上的方法而言，构建形状，尺寸和位置都具有纳米精度的限制结构都是一项实验挑战。此外，Klein隧穿提供了石墨烯电子的逃逸途径，从而限制了静电限制的效率。在这里，使用扫描隧道显微镜（STM）通过操控大量H原子构建了亚纳米精度的石墨烯纳米图案。在选定的区域内以预定的方向和形状，构建单个石墨烯纳米结构。该方法允许随意擦除和重建图案，并且可以在不同的石墨烯衬底上实施。STM实验表明，这种石墨烯纳米结构非常有效地限制了石墨烯狄拉克准粒子。在石墨烯量子点中，完美定义的能带隙高达0.8 eV，发现该尺度与量子点的线性尺寸成反比，这与无质量狄拉克费米子所期望的一样。

Figure 1. a）宏观加氢后石墨烯区域的100×100 nm2 STM形貌。b）通过H图案形成22 nm三角形石墨烯点后，与图（a）中相同的区域。c-e）连续STM图像，显示了该图案方法的通用性和可逆性。f）H图案过程的原理示意图，g）高分辨率STM图像。H）长度超过100 nm，4 nm宽的纳米带。I）在ML和BL之间30 nm宽纳米带连续图案化。

Figure 2. a）在H-图案化石墨烯纳米带上进行STS实验。左图：23 nm宽丝带的STM图像。b）在图案化的石墨烯纳米方块上进行STS实验。左图：27 nm宽纳米方块的STM图像。

Figure 3. a）电子去耦石墨烯层上制造的5 nm三角形石墨点的STM图像。b）测量的STS曲线，在130 K处具有相同的尖端，在量子点的中心（黑色曲线）和外部清洁台阶（红色曲线）。c）dI/dV曲线显示了第一空束缚态的宽度。

Figure 4. 可调的石墨烯能带隙。a）85×60 nm2 STM图像，显示了在相同石墨烯台阶（不同尺寸）上图案化的三个三角形石墨烯点。b，c）在140 K下测量的I/V和dI/dV曲线。d）能带隙对尺寸的依赖性。

相关研究成果于2020年由马德里自治大学Iván Brihuega研究组，发表在Adv. Mater.期刊上。原文：Quantum Confinement of Dirac Quasiparticles in Graphene Patterned with Sub-Nanometer Precision。