Figura 1. Risultato del rumore di sparo misurato nel nostro dispositivo. Nel caso della giunzione p-n si osserva un rumore di ripresa diverso da zero dovuto al processo di partizione degli elettroni (punti rossi). D'altra parte, non compare alcun rumore in regime unipolare (puntini blu). Credito:NIMS
Un gruppo di ricercatori dell'Università di Osaka, L'Università di Tokyo, Università di Kyoto, e il National Institute for Materials Science ha condotto con precisione la misurazione della fluttuazione di corrente ("shot noise") nella giunzione p-n del grafene nel regime di Hall quantistica.
Questo gruppo ha scoperto che il rumore di sparo diverso da zero appare nel regime bipolare della giunzione, mentre il rumore è assente in regime unipolare. Questo dice chiaramente che il processo di partizione degli elettroni esiste negli stati di bordo co-propaganti lungo la giunzione p–n.
Il successo di questo gruppo, che è coerente con la teoria prevista nel 2008, fornisce prove microscopiche che gli stati limite sono mescolati lungo la giunzione per la prima volta. Questo è un passo importante verso il chiarimento della natura unica del processo di partizione degli elettroni nel grafene e la progettazione di dispositivi di interferometro elettronico di nuovo tipo che utilizzano il grafene nel regime di Hall quantistica.
I sistemi elettronici di Dirac senza massa come il grafene mostrano un distinto effetto Hall quantistico semiintero, e nel regime di trasporto bipolare si realizzano stati di bordo co-propaganti lungo la giunzione p–n. Inoltre, questi stati limite sono uniformemente mescolati alla giunzione, il che lo rende una struttura unica per partizionare gli elettroni in questi stati limite.
Sebbene molti lavori sperimentali abbiano affrontato questo problema, la dinamica microscopica della partizione degli elettroni in questa peculiare struttura rimane poco chiara. Qui abbiamo eseguito misurazioni del rumore di sparo sulla giunzione nel regime di Hall quantistica e a campo magnetico zero. L'abbiamo trovato, in netto contrasto con il caso a campo zero, il rumore di sparo nel regime di Hall quantistica è finito nel regime bipolare, ma è fortemente soppressa nel regime unipolare. La nostra osservazione è coerente con la previsione teorica e fornisce prove microscopiche che gli stati di bordo sono mescolati in modo univoco lungo la giunzione p–n.
