客戶之聲：Christoph Stampfer ——看鎖相放大器在石墨烯領(lǐng)域的應(yīng)用

2022-06-10 16:37 作者:瑞士蘇黎世儀器 0人讀過 | 我要投稿

人物介紹

Christoph Stampfer 教授是亞琛工業(yè)大學(xué)第二物理研究所量子設(shè)備和 2D 材料小組負責人。他的研究方向是石墨烯等 2D 材料，量子輸運，及其在量子技術(shù)中的應(yīng)用。

不久前，蘇黎世儀器對其進行了專訪，讓我們看看鎖相放大器是如何幫助 Christoph 教授的研究。

1.?2007年您制作了第一批石墨烯量子點，之后這一領(lǐng)域發(fā)生了哪些變化與進展？

變化很大。我們在 2007 年開始制作石墨烯量子點時，石墨烯仍被視為一種非常新的材料。尤其是，它當時仍然是唯一能供我們使用的二維材料。直到 2010 年，六方氮化硼 (hBN)（一種與石墨烯相似的絕緣材料）才走進人們的視野?，F(xiàn)在有很多可用的 2D 材料，包括半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、鐵磁體等等。

直到 2013 年，干燥轉(zhuǎn)移工藝才真正成熟，這是制造高質(zhì)量石墨烯器件的真正關(guān)鍵步驟。將 SiO2 上的石墨烯轉(zhuǎn)換為 hBN/石墨烯/hBN 異質(zhì)結(jié)構(gòu)也顯著提高了使用合成石墨烯（即通過化學(xué)氣相沉積法生成的石墨烯）制造的器件的電子質(zhì)量。

這是通過 3D 掃描探針顯微鏡獲取的石墨烯量子點圖像，這張照片榮獲 Nano Image Award 2010。Christoph Stampfer 制作了第一批石墨烯量子點。

如今，常規(guī)情況下，室溫下的載流子遷移率可達到大約 100000 cm2/(Vs)，勝過所有其他已知材料。這使得石墨烯成為一種關(guān)注度非常高的材料，可廣泛應(yīng)用于高頻電子和集成光電子領(lǐng)域。在歐盟石墨烯旗艦項目中，已為實現(xiàn)這一目標付諸了巨大努力。兩年前，我們還成立了亞琛石墨烯和 2D 材料中心，旨在縮短基礎(chǔ)科學(xué)與應(yīng)用之間的差距。

從更根本的角度看，我發(fā)現(xiàn)一件特別有意思的事，由于范德華力較弱，我們幾乎可以隨意將 2D 材料堆疊在一起。這使研究人員可以制作超晶格并觀察與莫列條紋有關(guān)的有趣物理現(xiàn)象。

最近，研究人員以“魔角（約 1.1 度）”在扭曲雙石墨烯分子層中形成超晶格，使超導(dǎo)性和相互作用引起的絕緣態(tài)成為現(xiàn)實。這項研究成果相當了不起，是現(xiàn)代固態(tài)物理學(xué)實現(xiàn)新突破的一大例證。目前，該領(lǐng)域的研究工作正在如火如荼地進行。例如，德國最近開啟了“二維材料 - 范德華[異質(zhì)]結(jié)構(gòu)的物理現(xiàn)象”重點計劃。

2.?石墨烯量子點的進展如何？您是否仍在從事這方面的研究？

多年以來，我們一直試圖從蝕刻的石墨烯納米結(jié)構(gòu)中獲得干凈的量子點，這是為數(shù)不多的能夠在這種無間隙材料中約束電子的方法之一，后來我們逐漸將目光轉(zhuǎn)向了雙層石墨烯。在雙層石墨烯中，我們可以通過施加垂直電場來打開帶隙，從而打破此種材料的反演對稱性，并成功對電子進行靜電約束。事實上，這種方法已有多年歷史，但需要引入 hBN 和超平整石墨柵極才能投入實際使用。

如今約有三個小組正在從事這類系統(tǒng)的研究，包括蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的 Klaus Ensslin 小組和我們小組，看到這些量子點的性能比其他系統(tǒng)高出很多，我感到無比欣喜。就目前來說，在這樣的量子點中，我們可以穩(wěn)定實現(xiàn)單電子占據(jù)量子點的效果，并且我們正在加深對這一系統(tǒng)的理解，以便著手測試系統(tǒng)在自旋和谷量子位方面的適用性。

3.?蘇黎世儀器的鎖相放大器為你們的工作提供了哪些幫助？

我們正在針對基于石墨烯的納米機電系統(tǒng)開展實驗，包括高度可調(diào)的石墨烯諧振器；這便是我們選用 UHFLI 600 MHz 鎖相放大器的契機，因為沒有其他產(chǎn)品能夠提供這么大的測量頻率范圍。我們現(xiàn)在已經(jīng)有了兩臺 UHFLI 600 MHz 鎖相放大器，準備擴大這類實驗的規(guī)模。