近日，中国科大物理学院严济慈班09级本科生戚骥等人在曾长淦教授的指导下，在石墨烯的光电调控方面取得重要进展，利用光栅压调控放置在半导体表面的石墨烯的掺杂类型和载流子浓度，并实现电子超晶格，该研究成果以“Controlled ambipolar tuning and electronic superlattice fabrication of graphene via optical gating”为题发表在国际权威杂志Advanced Materials上，戚骥是第一作者。
石墨烯的载流子浓度调控非常重要，通常是通过电栅压或者化学掺杂来实现的。然而，电栅压调控需要绝缘介电层，而化学掺杂又缺乏简洁、有效的可调性。戚骥等人发现可以利用光栅压对放置在一般半导体表面的石墨烯实现载流子调控：半导体与石墨烯的界面通常存在Schottky电场，当入射光能量大于半导体能隙时，界面电场将使激发的电子空穴对分离，并驱动其中一种载流子在石墨烯积累，从而实现光栅压对载流子的调控。由于石墨烯只有单层而且本征载流子浓度很低，因此这种调控非常有效，通过改变光强可以使掺杂类型从p到n可逆转变。另一方面，对石墨烯载流子进行空间依赖的调控可以实现各种新奇的量子效应，如Klein隧穿，各向异性电输运等等。戚骥等人利用有周期长条孔洞的模板进行空间选择性的光栅压调控，从而实现了电子超晶格（比如p-p+超晶格）的制备。更为有趣的是，这种p-p+电子超晶格具有很强的输运各向异性：沿着超晶格方向，周期势垒数目越多电阻反而越小；而垂直于超晶格方向，电阻并不随着周期数的变化而改变。这种各向异性可能起源于p-p+界面载流子的非线性动力学效应。这一工作对于探索石墨烯的新奇物性和发展基于石墨烯的光电器件提供了新的启示。
光栅压调控和电子超晶格制备示意图
上述研究工作得到了国家自然科学基金委、科技部、教育部以及量子信息与量子科技前沿协同创新中心的资助。
附论文链接： http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201400062/abstract
（合肥微尺度物质科学国家实验室国际功能材料量子设计中心）