轉吧！轉吧！神奇石墨片
- 上線日期：2010/1/14 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國與葡萄牙研究人員首次發現石墨片(graphene)的范霍夫奇異點(Van Hove singularities)。這些奇異點對應到電子態密度的發散處，常導致材料的新相(phase)，例如超導性、磁性或是密度波。這項發現意味著石墨片的電子性質有可能被操控。
將兩片網狀圖形相疊並旋轉會出現許多複雜條紋，持續旋轉則圖案會像萬花筒般變化。掃描式穿隧顯微鏡(STM)下的石墨片堆疊也會產生這種所謂的莫爾條紋(Moiré patterns)，不過直到最近以羅格斯(Rutgers)大學的Eva Andrei為首的研究團隊才注意到旋轉還會使石墨片的電子態密度產生Van Hove奇異點，對應到透射光譜中的尖峰，且尖峰的能量會隨旋轉角度連續變化，開啟了利用旋轉來控制石墨片電子特性的可能。
Andrei解釋，超導性、磁性及密度波等關聯電子相(correlated electronic phase)常肇因於電子的不穩定性，而此不穩定性發生在材料的傳導電子能量(費米能)接近Van Hove奇異點時，電子間原本微弱的交互作用會因奇異點的態密度大增而加強。在大部分材料中，控制或預測此不穩定性相當困難，因此不容易發現關聯電子態。
Andrei等人證實利用旋轉改變石墨片層與層間的相對角度，可以改變Van Hove奇異點的位置，進而控制關聯電子態。當奇異點接近費米能時，電子密度會被強烈調制，形成名為電荷密度波(charge density wave)的關聯電子相。石墨片是目前唯一能如此操作的材料。他們推測石墨片中無靜止質量的迪拉克費米子(Dirac fermion)會因電荷密度波而嚴重繞射，致使能帶結構出現微能帶(mini-band)。
目前的實驗樣品因無法加上閘極所以費米能是固定的。該研究團隊計畫要將樣品加上閘極以控制其費米能，如此不論旋轉任何角度，他們都能讓費米能與Van Hove奇異點重疊，並利用傳輸性質實驗以及STM加以研究。詳見Nature Physics | doi:10.1038/nphys1463 。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/41211
譯者:劉家銘(成功大學物理系)
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