Grafen ölçümleri enerji kaybını ve kuantum tutarlılık üslerinin kapı kontrolü altında farklılaştığını ortaya koyuyor

Bilim adamları, grafendeki elektron saçılımını tanımlamak için yaygın olarak kullanılan iki üssün (esnek olmayan saçılma üssü ve faz kaybı üssü) mutlaka aynı davranışı izlemediğini gösterdi. Çok kurumsal bir araştırmacı ekibi, kapılı epitaksiyel grafen kullanarak, iki üssü bağımsız olarak akım ısıtma ölçümleri ve zayıf lokalizasyon analizi yoluyla çıkardı. Zıt kapı voltajı bağımlılığı, enerji gevşemesinin ve kuantum faz tutarlılığı kaybının farklı mikroskobik süreçler tarafından yönetilebileceğinin kanıtını sağlar.

Ekip, Ulusal Tayvan Üniversitesi’nden ve işbirliği yapan kurumlardan Dr. Wei-Chen Lin tarafından yönetildi. Çalışmaları, şu dergide yayınlandı: Karbonbu iki süreci karakterize etmek için kullanılan üslerin eşdeğer olması gerektiğine dair uzun süredir devam eden varsayıma meydan okuyor.

Bir katıdaki elektron, elastik olmayan saçılma yoluyla enerji kaybedebilir, elektron dalga fonksiyonları arasındaki faz ilişkisi bozulduğunda ise kuantum tutarlılığı kaybolabilir. Bu iki olgu birbiriyle yakından ilişkilidir ancak mutlaka aynı bilgiyi sağlamazlar. Bu çalışmada bilim insanları silisyum karbür üzerinde büyütülmüş epitaksiyel grafeni kullandılar ve taşıyıcı yoğunluğunu bir kapı voltajıyla kontrol ettiler.

Araştırmacılar bağımsız olarak, akımı artırarak akım-ısıtma ölçümlerinden esnek olmayan saçılma üssü p’yi ve zayıf lokalizasyon ölçümlerinden azalan p’ üssünü belirlediler. Sıfır kapı voltajında, p ≈ 2 ve p’ ≈ 1 ile iki nicelik zaten farklıydı. Kapı voltajının arttırılması, iki üssün zıt yönlerde gelişmesine neden oldu: p yaklaşık 2’den 3’e yükselirken, p’ yaklaşık 1’den 0,75’e düştü.

Bu zıt davranış, esnek olmayan saçılma üssünün ve azalan üssün evrensel olarak eşdeğer olduğunun varsayılmaması gerektiğini göstermektedir. Bunun yerine ölçümler, enerji gevşemesinin ve kuantum faz tutarlılığının, taşıyıcı yoğunluğu ve kapı voltajındaki değişikliklere farklı tepki verebileceğini gösteriyor.

Bulgular, grafen ve diğer iki boyutlu malzemelerdeki enerji gevşemesini ve kuantum tutarlılığını bağımsız olarak incelemek için bir çerçeve sağlıyor.

Ulusal Tayvan Üniversitesi’nde fizik profesörü olan ilgili yazar Chi-Te Liang, “Bu süreçleri ayırt etmek, düşük sıcaklıkta kuantum aktarımını anlamak ve uzun ömürlü elektronik tutarlılığa dayanan cihazlar geliştirmek için önemlidir” diyor.