XiaoMi-AI文件搜索系统
World File Search SystemQHE
基于...的大面积QHE器件的制作与研究
1 阿尔托大学微纳米科学系，Micronova，Tietotie 3，02150，埃斯波，芬兰 2 联邦物理技术研究院，Bundesallee 100，38116 不伦瑞克，德国 3 MIKES，Tekniikantie 1，FI-02150，埃斯波，芬兰 电子邮件：novikov@aalto.fi，alexandre.satrapinski@mikes.fi 摘要 — 基于在 SiC 上生长的外延石墨烯膜的量子霍尔效应 (QHE) 器件已被制造和研究，以开发 QHE 电阻标准。霍尔器件中的石墨烯-金属接触面积已得到改进，并使用双金属化工艺制造。测试器件的初始载流子浓度为 (0.6 - 10)·10 11 cm -2，在相对较低的 (3 T) 磁场下表现出半整数量子霍尔效应。光化学门控方法的应用和样品的退火为将载流子密度调整到最佳值提供了一种方便的方法。在中等磁场强度 (≤ 7 T) 下对石墨烯和 GaAs 器件中的量子霍尔电阻 (QHR) 进行精密测量，结果显示相对一致性在 6 · 10 -9 范围内。索引术语 - 外延石墨烯、石墨烯制造、接触电阻、精密测量、量子霍尔效应。
石墨烯生产或电气计量 - NIST 的 TSAPPS
自 1990 年以来，电阻尼特的表示一直基于二维电子态中发生的 QHE 的整数量化电阻平台。这些量化的电阻值为 RHU) = R'(.,JO/i，其中 R H 是量化的霍尔平台电阻 RK。!lQ 是 1990 年推荐的冯·克利青常数值，i 是整数量子数 [1]。在 1980 年发现 QHE 后的最初几年里，Si-MOSFET 和半导体异质结构（最常见的是 GaAs/Al,Ga(1)As）被用于计量表征和比较 [2-4]，最近，几家国家计量研究所已经开发和改进了生长半导体 QHE 器件的配方，适用于在相对较高的电流和弱磁场下进行精确的电阻计量 [5, 6]，因此该标准更容易获得并且在计量上更有用。11 不是一个简单的过程来生产在量子水平上经过良好量化的器件在源漏（-D）电流为 20 μJ 至 100 μJ 且温度为 T2:14 μJ 时，i = 2 平台在相对较低的磁通量（8 < 9 T）下工作。这要求 GaAs/AlxGa(I-x)As 异质结构中的材料成分难以复制，从而通过杂质故意降低电子迁移率以增加平台宽度，同时保持相对较高的载流子浓度 ['1]。此外，金属触点必须扩散到异质结构的器件层中，并且通常很难使用现代光刻技术获得多个高导电触点。自从使用微机械解理技术 [7] 发现石墨烯以来，已经开发出几种其他相对简单的方法来生产表现出 QHE 平台的碳基 2DEG（二维电子气）器件。单层石墨烯中独特的电子态产生了一些对基础物理来说最重要的特性，其中单粒子能带结构使电子和π都具有相对论狄拉克费米子的特性，例如，最低的Landa能级之间的间隔非常大。对于一些单层石墨烯器件，这有助于扩大i = 2 QHE平台的o（钉扎）[8, 9]，并可能导致器件在比传统半导体QHE器件高得多的温度、更高的电流或更低的场下实现良好的量化，以进行精密计量。此外，在暴露表面上直接制造电极允许在各种配置中进行电子传输测量。与异质结构器件（其中2DEG埋在半导体内部）不同，石墨烯器件中的导电通道可以位于衬底的表面上，因此可以使用表面科学技术对其进行微观扫描和表征。通过使用原子力显微镜（AFM）、低能电子显微镜（LEEM）[10]、扫描隧道显微镜/光谱（STM/STS）[11J和拉曼光谱，石墨烯器件可以收集石墨烯中异常QHE状态下详细形态和微观电子结构之间关系的数据。
用于电量子计量学的 CVD 石墨烯
* 巴塞尔大学物理系，Klingelbergstrasse 82, 4056 Basel，瑞士（michel.calame@unibas.ch；blaise.jeanneret@metas.ch）摘要 — 石墨烯是一种由碳原子以六边形晶格排列的单原子厚度材料，由于其有趣的电气和机械特性而被广泛吹捧为新的神奇材料 [1]。特别是在石墨烯中观察到的量子霍尔效应 (QHE) 为新的量子电阻标准开辟了道路。我们的研究重点是化学气相沉积 (CVD) 石墨烯的 QHE 和拉曼表征。在本文中，我们描述了石墨烯薄膜的 CVD 生长、它们向基材的转移以及使用拉曼光谱和电传输测量对其进行表征。索引词 — 石墨烯 (G)、化学气相沉积 (CVD)、铜 (Cu)、量子霍尔效应 (QHE)。引言 2004 年发现石墨烯后不久 [2]，石墨烯薄膜在室温和极高磁场中表现出非常清晰的 QHE 特征 [3]。这一观察结果引发了电工计量界的热烈讨论，人们设想开发一种新型初级电阻标准。如今，人们已经在石墨烯薄膜上实现了量子霍尔电阻 (QHR) 的精确测量，精度达到了前所未有的 8.6 × 10 -11 μΩ/Ω [4]。这些结果是在 Si/C 单晶基板上生长的石墨烯薄膜上获得的。另一个有前途的测量方法是使用
石墨烯生产或电气计量 - NIST 的 TSAPPS
自 1990 年以来，电阻尼特的表示一直基于二维电子态中发生的 QHE 的整数量化电阻平台。这些量化的电阻值为 RHU) = R'(.,JO/i，其中 R H 是量化的霍尔平台电阻 RK。!lQ 是 1990 年推荐的冯·克利青常数值，i 是整数量子数 [1]。在 1980 年发现 QHE 后的最初几年里，Si-MOSFET 和半导体异质结构（最常见的是 GaAs/Al,Ga(1)As）被用于计量表征和比较 [2-4]，最近，几家国家计量研究所已经开发和改进了生长半导体 QHE 器件的配方，适用于在相对较高的电流和弱磁场下进行精确的电阻计量 [5, 6]，因此该标准更容易获得并且在计量上更有用。11 不是一个简单的过程来生产在量子水平上经过良好量化的器件在源漏（-D）电流为 20 μJ 至 100 μJ 且温度为 T2:14 μJ 时，i = 2 平台在相对较低的磁通量（8 < 9 T）下工作。这要求 GaAs/AlxGa(I-x)As 异质结构中的材料成分难以复制，从而通过杂质故意降低电子迁移率以增加平台宽度，同时保持相对较高的载流子浓度 ['1]。此外，金属触点必须扩散到异质结构的器件层中，并且通常很难使用现代光刻技术获得多个高导电触点。自从使用微机械解理技术 [7] 发现石墨烯以来，已经开发出几种其他相对简单的方法来生产表现出 QHE 平台的碳基 2DEG（二维电子气）器件。单层石墨烯中独特的电子态产生了一些对基础物理来说最重要的特性，其中单粒子能带结构使电子和π都具有相对论狄拉克费米子的特性，例如，最低的Landa能级之间的间隔非常大。对于一些单层石墨烯器件，这有助于扩大i = 2 QHE平台的o（钉扎）[8, 9]，并可能导致器件在比传统半导体QHE器件高得多的温度、更高的电流或更低的场下实现良好的量化，以进行精密计量。此外，在暴露表面上直接制造电极允许在各种配置中进行电子传输测量。与异质结构器件（其中2DEG埋在半导体内部）不同，石墨烯器件中的导电通道可以位于衬底的表面上，因此可以使用表面科学技术对其进行微观扫描和表征。通过使用原子力显微镜（AFM）、低能电子显微镜（LEEM）[10]、扫描隧道显微镜/光谱（STM/STS）[11J和拉曼光谱，石墨烯器件可以收集石墨烯中异常QHE状态下详细形态和微观电子结构之间关系的数据。
扭曲的2D材料 - 凝结物理的新时代
凝结的异常实现，作为无磁场的量子霍尔效应（QHE）的平台，也称为量子 - 异常 - 霍尔效应（QAHE）。但是，没有人想象有一天可以创建该模型的物质实现。这种怀疑主义源于Mermin – Wagner定理，该定理被宽松地说明，意味着在2D中不存在远距离阶和术语晶体。在其影响下，实验者避开了试图实现2D材料，将发现延迟了数十年。在这种背景下，通过机械效果与石墨隔离石墨烯是一个巨大的惊喜。这一突破很快导致观察到异常的整数QHE确认了石墨烯中电荷载体的狄拉克性质。[4,5]然而，尽管很容易观察到QHE，但仍试图深入研究石墨烯荷载体的狄拉克性质，撞到了路障。随后通过使用STM和单电子晶体管来阐明进入石墨烯内在的特性的挑战。这些局部探针由于其2D性质而对石墨烯造成的，对掩盖其内在特性的随机电势波动极为敏感。因此，要准确探测石墨烯，保护其免受侵入性环境和底物诱导的干扰至关重要。
接触材料和几何形状 - NIST 的 TSAPPS
外延石墨烯 (EG) 器件中的量子效应使得量子霍尔效应 (QHE) 电阻在 R H = R K / 2 = h /2 e 2 处达到稳定的水平，其中 R H 是霍尔电阻，R K 是冯·克利青常数 [1]–[3]。通过使用串联和并联连接作为构建块，我们可以构建量子霍尔阵列电阻标准 (QHARS)，以提供多个量化电阻值 [4]–[9]。然而，基于多个量化霍尔电阻 (QHR) 器件的电阻网络通常会受到接触和互连处累积电阻的影响。在本文中，我们表明，通常在四个端子处测量以获得高精度的量化电阻也可以在应用超导分裂接触时通过消除不需要的电阻在两个端子处测量。虽然 QHE 器件的多串联 (MS) 互连已经得到了广泛的研究
Bloch状态的浆果曲率
Quantum Hall效应首先是由Klitzing等人意外发现的。，1980年在2deg。此后在二维材料（例如石墨烯和WSE 2（过渡金属二甲基化）等材料中观察到了它。为了拥有QHE或QAHE，系统必须是二维的，因为拓扑Chern数仅在偶数上定义。另外，需要通过磁场或磁化而打破时反转对称性。最后，必须有一个完全填充的非零Chern数的能量带。在实践中，我们通常需要一个低温的环境，以避免在能量间隙上进行热激发，并具有高磁场以扩大能量隙（再次避免进行热启动）。如果间隙能量比热能大得多，则可能具有室温QHE（Novoselov等人。，2007年）。
用于量子电阻计量的石墨烯器件在直流和交流电下的稳定性研究
在单层石墨烯首次实现后不久，人们就证明这种二维六边形碳晶格的独特能带结构即使在室温下也能实现稳定的霍尔电阻量化 [1]。这引发了电量子计量领域的许多研究，旨在实现比传统 GaAs 基标准可在更高温度和更低磁场中使用的电阻标准 [2-9]。电阻计量基于二维电子气系统中的整数量子霍尔效应 (QHE)。电阻平台与冯·克利青常数 R K = h / e 2 的整数分之一直接相关，其中普朗克常数 h 和基本电荷 e [10] 是自 2019 年 SI 修订以来精确定义的值 [11-13]。低温电流比较器 (CCC) 是一种高灵敏度的缩放工具，用于验证量化电阻 [14] 并用于建立直流 (DC) 电阻刻度。在实践中，后者包括校准标准电阻，其十进制标称值可追溯到量化霍尔电阻 (QHR)，对于选定的标称值，可以在低至 n Ω / Ω 范围内的不确定度下执行 [14, 15]。此外，电容单位法拉可以通过使用交流 (AC) 的 QHE 测量得出 [16]。测量不确定度优于 10 nF F − 1
EE 116：能量和电子的半导体设备
许多诺贝尔奖……•1956年晶体管（Bardeen，Brattain，Shockley）•1985年量子大厅效应（Klitzing）•1986年扫描隧道显微镜（Binnig，Rohrer，Rohrer）•1996年，Buckyballs（Curl，Kroto，Smalley，Smalley）•1998年密度功能（KO）•2000 Heterj＆ICJ（2000 Heter）（2000 Hetery）基尔比克里默（KROEM），•2000年指挥聚合物（Heeger）•2007年巨型磁场耐药（Fert＆Grunberg）•2009年CCD和光纤（Kao，Boyle＆Smith）•2000年QHE（laughlin，laughlin，Stormer，Tsui，tsui，tsui，tsui）•2010年geim＆nevoselof（geim＆nogoselof）•
新 SI 时代的量子霍尔效应
2019 年 5 月 20 日，全球庆祝了世界计量日，这反映了国际单位制 (SI) 的历史性变革。在建立新 SI 时，世界各国政府计量界的代表与国际度量衡委员会 (CIPM) 决定，所有计量单位都应可追溯到自然界的基本常数。七个基本单位现在与七个固定值相关联，其中四个已被修改为表示精确值：普朗克常数 ( h )、基本电荷 ( e )、玻尔兹曼常数 ( k B ) 和阿伏伽德罗常数 ( N A )。常数 h 和 e 的变化对欧姆、伏特和安培等电学单位的定义有直接影响。在量子霍尔效应 (QHE) 的背景下，冯·克利青常数从 1990 年设定的常规值 ( R K-90 = 25 812.807 Ω) 变为了最新科学得出的 h/e 2 值 ( R K = 25 812.807 459 304 5 Ω)。