韩日联手披露双层石墨烯边缘神秘传输路径，推动创新次世代组件

近日韩国浦项科技大学（POSTECH）物理学系Gil-Ho Lee教授与博士生Hyeon-Woo Jeong领导，联合日本国立材料科学研究所（NIMS）Kenji Watanabe博士和Takashi Taniguchi博士，共同揭示双层石墨烯隐藏的边缘电子传输信道和非局域传输机制，论文发表在《Nano Letters》期刊。

双层石墨烯由两层薄如鳞片的碳原子网格构成，独特处在可用额外电场调控电子能带间隙（band gap），精确控制电子运动。这特性使双层石墨烯成为“谷电子学”（Valleytronics）：用电子在能量结构谷（valley）当成离散数据存储单位，完成超越传统电子学与自旋电子学处理速度的新潜力材料。

团队探讨所谓的“谷霍尔效应”（Valley Hall Effect，VHE），为描述电子如何沿着特定能量谷流动，在没有直接电流渠道的区域引发“非局域电阻”现象。虽然以往文献将非局域电阻视为谷霍尔效应的证据，但也有部分学者提出，零件边缘的不纯物或制程可能同样导致此现象，使谷霍尔效应真正来源成为学术争议点。

为厘清真实机制，团队用双闸结构制作可精确调控能带间隙的双层石墨烯组件，并比较两种边缘处理方式：一种是自然形成的本征边缘，另一种则是反应性离子蚀刻（Reactive Ion Etching）加工的边缘。实验结果显示，自然形成边缘表现的非局域电阻与理论预测吻合，蚀刻加工边缘电阻则超出预测值达百倍以上（见上图）。这差异代表蚀刻制程于组件制作时引入额外导电渠道，与谷霍尔效应无直接关联，并可能是早期观测到双层石墨烯能带间隙减少现象的重要解释。

Hyeon-Woo Jeong说：“组件制作不可或缺的蚀刻制程，对非局域传输的影响尚未获足够重视，我们研究重新审视此问题并提供重要线索，为未来谷电子学组件设计与开发奠定基础。”不仅为解决谷霍尔效应争议提供新视角，也为纳米电子学与次世代数据处理发展指明方向。

此次跨国合作研究获韩国国家研究基金会、科学技术资讯通信部、资讯通信技术规划评价院、空军科学研究办公室、基础科学研究院、三星未来技术孵化计划、三星电子、日本学术振兴会（JSPS KAKENHI）及世界先进国际研究中心计划（WPI）等多主机构大力支持。

揭示双层石墨烯边缘传输机制，不仅深化学界对材料电子运动行为的认识，更在零件制作每个细节提醒工程师与学者重新审视制程，才能推动高效率与创新潜力的次世代电子组件研发。

（首图为石墨烯示意图，来源：shutterstock）