石墨烯纳米带量子点中的量子混沌现象

天然双层石墨烯内发现新奇量子效应由德国哥廷根高校领导的一个国际讨论团队在最新一期《自然》杂志上发表论文称，他们在对自然双层石墨烯开展的高精度讨论中，发觉了新颖的量子效应，并从理论上对其进行了解释。

这一系统制备简洁，为载荷子和不同相之间的相互作用供应了新见解，有助于理解所涉及的过程，促进量子计算机的进展。

2023年，两位英国科学家用一种特别简洁的试验方法从石墨中剥离出石墨片，并借助特别胶带得到仅由一层碳原子构成的石墨烯。

石墨烯是强度最高的材料之一，具有很好的韧性、超强导热性与导电性，应用前景非常宽阔。

假如将两层石墨烯彼此以特定的角度偏转，所得到的系统甚至会表现出超导性和其他激发量子效应，如磁性。

但迄今为止，很难制备出这种偏转的双层石墨烯。

在最新讨论中，科学家们使用了自然形成的双层石墨烯。

他们首先使用简洁的胶带从一块石墨中分别出石墨烯样品。

为观看量子力学效应，施加了垂直于样品的高电场。

他们发觉，所得到系统的电子结构发生了变化，且拥有类似能量的电荷载流子消失剧烈的累积效应。

讨论进一步发觉，在略高于肯定零度（-273.15℃）下，石墨烯中的电子可相互作用，消失了各种意想不到且简单的量子相。

如相互作用导致电子自旋对齐，使材料在没有施加外部影响的状况下具有磁性。

通过转变电场，讨论人员也能不断转变双层石墨烯中载流子相互作用的强度。

此外，电子运动的自由度在特定条件下会受限，形成电子晶格，且由于相互排斥作用，不再有助于传输电荷，导致系统对电绝缘。

哥廷根高校物理系托马斯·韦茨教授表示，新系统的主要优势之一在于材料制备特别简洁，讨论人员不需要像以前那样在高温下才能获得所需结果，可用于进一步讨论各种量子态及量子计算机等。

强磁场驱动下的石墨烯中量子光学现象及其应用刘少鹏;刘莎莎;杨文星【摘要】Monolayer graphene under a strong magnetic field has fascinating electronic and optical properties, such as linear dispersion relation, massless Dirac low-energy electrons, chiral character of electron states and special selection rules between Landau levels. These properties involving the fields of quantum optics and solid material science provide great opportunities for the applications of coherent optics and nonlinear optics. In this paper, by solving the density-matrix formalism and Maxwell equation, we theoretically demonstrate that mono-layer graphene under a magnetic field can trigger a variety of optical effects. Generally ,speahing the interaction between external electromagnetic field and quantized Landau levels not only gives rise to coherent optical effects and nonlinear optical effects, but also leads to obvious linear and nonlinear optical responses. Furthermore, we also exhibit how to achieve these optical effects by introducing some examples, including terahertz (THz) signal detection, dynamic control of coherent pulses, giant optical nonlinearity of graphene, optical solitons, four wave mixing (FWM) and hyper-Raman scattering.%强磁场驱动下的单层石墨烯拥有奇特的电子和光学性质,具体包括线性的色散关系、无质量的Dirac低能电子、电子态的手征性和特殊的带内跃迁选择定则.这些性质已经涉及到量子光学和固体材料科学领域,也为相干光学和非线性光学的应用提供了基本素材.本论述从理论的角度,运用量子力学的方法求解密度矩阵和Maxwell传播方程,并在磁场驱动下的石墨烯中得到各种光学效应.更具体的说是外加电磁场与量子化的Landau能级发生相互作用,不仅使得这些Landau能级之间的电子态产生量子相干和量子干涉效应,而且带来了明显的线性和非线性光学回复.此外,还将以太赫兹(THz)检测、脉冲的相干调控、增强的非线性、光学孤子、四波混频和超Raman散射这几个具体的实例,来介绍如何实现强磁场驱动下的石墨烯的光学效应.【期刊名称】《华东交通大学学报》【年(卷),期】2016(033)006【总页数】9页(P22-30)【关键词】石墨烯;相干光学效应;非线性光学效应【作者】刘少鹏;刘莎莎;杨文星【作者单位】东南大学物理系,江苏南京 211189;东南大学物理系,江苏南京211189;东南大学物理系,江苏南京 211189【正文语种】中文【中图分类】O431.2石墨烯作为一种二维材料的典型代表，具有碳原子组成的六方晶格结构。

材料科学中的新型材料——石墨烯量子点石墨烯是一种由碳原子组成的单层薄片材料，具有独特的电学、热学和力学性质。

而石墨烯量子点，则是一种由数百个碳原子构成的零维材料，也称为碳量子点。

石墨烯量子点具有非常小的尺寸，通常在5-50纳米之间，因此具有许多独特的性质，使其成为材料科学中的新型材料。

本文将介绍石墨烯量子点的制备、结构、性质和应用。

一、制备方法石墨烯量子点的制备方法通常有两大类：顶部向下剥离法和底部向上生长法。

顶部向下剥离法是通过化学氧化或机械剥离的方法，从石墨烯材料中剥离出小尺寸的石墨烯量子点。

底部向上生长法则是将小分子碳源的分解产物在合适的条件下生长成石墨烯量子点。

这两种方法各有优劣，具体情况应根据实际需求选择。

二、结构和性质石墨烯量子点的结构和性质与其尺寸有着密切的关系。

一般来说，石墨烯量子点的表面能和光学性质随着尺寸的变化而发生改变。

对于小尺寸的石墨烯量子点来说，其表面积较大，通常会出现更高的物理、化学反应活性，因此具有更加丰富的应用前景。

此外，石墨烯量子点还具有独特的光电性质和发光性质，可用于开发新型的光电子器件。

三、应用前景石墨烯量子点在材料科学领域中具有广泛的应用前景。

一般来说，其应用可以分为几个方面：1、作为染料敏化太阳能电池的光电转换材料，提升光电转换效率。

2、作为催化剂的载体，能够提升催化剂的稳定性和催化性能，用于生产化学品或环境净化。

3、用于制造二维/三维材料的纳米复合材料，这些材料具有优异的电、磁、光学和机械性能。

4、作为生物染料分子，可用于细胞成像和药物传递。

总之，石墨烯量子点以其独特的结构和性质，在许多领域中如催化、能源、光电子器件、生物医学等方面都有着潜在的应用价值。

然而，石墨烯量子点还有许多问题需要解决，如制备方法的改进、结构和性质的优化等，这些问题的解决将会进一步推动其应用领域的扩展。

结语石墨烯量子点作为新型材料，展现出了非常广泛的应用前景，尤其在能源、催化、生物医学等领域应用广泛。

石墨烯纳米带的电学和磁学性质石墨烯是一种由碳原子组成的薄层材料，其最大的特点是具有极高的电导率和热导率。

石墨烯的研究引起了人们的广泛关注，并且在各个领域都有着重要的应用。

除了石墨烯之外，还有一种与之类似的材料，那就是石墨烯纳米带。

石墨烯纳米带是一种由石墨烯剥离而来的带状结构，它具有独特的电学和磁学性质。

石墨烯纳米带的宽度通常在几纳米到几十纳米之间，而长度可以从几十纳米到几微米不等。

由于这种结构的独特性质，石墨烯纳米带在半导体器件、量子计算和纳米电子学等领域有着广泛的应用。

首先，石墨烯纳米带的电学性质非常重要。

石墨烯纳米带的电子结构与石墨烯的相似，但是由于其几何结构的限制，石墨烯纳米带具有较强的量子限制效应。

石墨烯纳米带的带隙（即导带和价带之间的能量差）非常小，通常只有几个毫电子伏特，比石墨烯还要小得多。

由于此类结构的独特性质，石墨烯纳米带可以用于制造高性能的半导体器件。

例如，石墨烯纳米带可以用于制造高精度的纳米场效应晶体管（nano-FET）。

此外，石墨烯纳米带还可以用于制造低功耗的超晶体管（ultra-FET）。

这些器件具有优异的性能，可被用于集成电路的制作。

在量子计算领域，石墨烯纳米带可以用于制造量子点，通过控制量子点的能级结构来实现量子位的存储和操作，为量子计算奠定了基础。

其次，石墨烯纳米带的磁学性质也非常重要。

石墨烯纳米带可以被视为一种具有强烈自旋极化和磁性的二维材料。

由于石墨烯纳米带的尺寸限制和几何形状，它们有着特殊的自旋拓扑状态和磁性性质。

石墨烯纳米带的磁性和自旋极化可以用于磁信息存储和数据处理。

例如，在磁信息存储设备中，石墨烯纳米带可以被用作读写头，并且由于其磁性和自旋极化，可以实现高速读写操作。

同时，由于石墨烯纳米带具有材料性质可控、可生长、可制备等优势，因此在量子计算以及其他领域也有着重要的应用前景。

总之，石墨烯纳米带的电学和磁学性质为其在半导体器件、磁性材料和量子计算方面的应用奠定基础。

石墨烯量子点简介石墨烯量子点简介1、石墨烯量子点定义量子点（QuantumDot）是由有限数目的原子构成，属于准零维材料，即在三个维度上尺寸均呈现纳米级别。

外观恰似球形物或者类球形，其内部电子在各个方向的运动均会受到限制，因此量子限域效应非常明显。

石墨烯量子点(Graphene Quantum Dots)一般是横向尺寸在100nm以下，纵向尺寸可以在几个纳米以下，具有一层、两层或者几层的石墨烯结构，也就是特殊的非常小的石墨烯碎片。

它的特性来源于石墨烯以及碳点，表现出生物低毒性、优异的水溶性、化学惰性、稳定的光致发光、良好的表面修饰。

2、石墨烯量子点制备石墨烯量子点的合成可以看做是对碳纳米晶体合成方法的延伸和补充，仍旧分为：自上而下和自下而上的制备。

自上而下的方法是指通过物理或化学方法将大尺寸的石墨烯薄片切割成小尺寸的GQDs，包括水热法、电化学法和化学剥离碳纤维法等；自下而上的制备法则是指以小分子作前驱体通过一系列化学反应制备GQDs，主要是溶液化学法、超声波和微波法等。

3、石墨烯量子点发光机理荧光是种光致冷发光的现象，当某种常温物质经某种波长的入射光(通常是紫外线或x-ray)照射，吸收光能后进入激发态，且立即退激发并发出出射光，而荧光可在吸光激发后约10^-8秒内发光，其能量小于吸光的能量。

通常，若是把材料制成量子点大小，则电子容易受到激发而改变能阶，与电洞（空穴）结合后就会放出光。

石墨烯量子点由于边缘效应和量子尺寸效应，可表现出独特的光化学特质。

石墨烯除了具有碳量子点所具有的优点外，其荧光具有激发波长依赖性。

当激发波长从310nm 变成380nm时，荧光发射峰位置的相应从450nm移至510nm，光致发光强度迅速降低。

氧化石墨烯表现出宽谱的红光发射，取决于其含有的含氧官能团，而氧化石墨烯被还原之后由于含氧官能团减少以及结构的改变，主要呈现蓝光（第一性原理模拟推测其由碳空位缺陷引发）。

修饰类石墨烯具有相似的规律，发光光谱主要由两部分组成：蓝光发光峰位（不移动）、长波长发光（峰位移动），相对于没有经过修饰的石墨烯，其长波长发光显著增强。

石墨烯量子点中可解析模型的磁量子态摘要：我们利用了无穷大质量边界条件，解析性地求解了在垂直磁场中圆形石墨烯量子点的低态能谱，并得出在半径R下低态能谱与磁场大小的依赖关系。

对于确定的半径R，我们取了众所周知的两种极限情况0B，限制实验和理论结果不完全吻合的因素→→B和∞来源于实验中圆形石墨烯量子点装置的几何形状，或者是无序机制产生了一定的影响，抑或是电子之间的相互作用关系。

引言：石墨烯自从四年前被发现以后，在实验和理论上都带来了广泛的研究。

大部分令人感兴趣的是石墨烯中的载流子满足无质量粒子狄拉克方程和电子的能量是呈线性关系的。

尤其，在价带和导带之间没有带隙，实验上获得的结果譬如异常的量子霍尔效应和克莱因隧穿都可以被这些特性所解释。

首先实验上已经研究了石墨烯量子点在垂直磁场中形成的能谱。

对这些能谱的理解，尤其是如何区分与传统二维电子体系下薛定谔方程描述电子运动的不同，是新奇而受关注的。

在这里我们参考了在文献8，它是通过光谱学从理论角度获得磁场下的能谱。

在主体第二部分的第一部分我们得出垂直磁场下能谱的解析性表达式，第二部分展示了两种不同的极限情况，第三部分是对实验与理论的比较。

主体第三部分是总结性陈述。

总结：在这篇文章中，我们获得了垂直磁场作用下的圆形石墨烯量子点低态能谱的解析性表达式。

借鉴文献11，利用了无穷大质量边界条件。

这个简单的模型与最近的实验研究定性的吻合，而且我们讨论了模型中的极限情况。

在石墨烯中应用无穷大质量边界条件的可行性在文献14,15中得到讨论，人们只需要去估测石墨烯形成的受限量子结构在不同边界条件下所形成的能谱的结果。

由此，除了理论和实验上的结果合理地吻合,许多模型是有意义的，例如我们这里所展示的，能够在无穷大质量边界条件下解析性地求解，并且能在这个系统中给出了直观的物理性意义的理解。

额外，在这篇文章的写作准备过程中，我们关注了由Recher等人完成的相似而又更具扩展性的计算过程。

石墨烯纳米带量子点中的量子混沌现象*谭长玲 谭振兵 马 丽 陈 军 杨 帆 屈凡明 刘广同 杨海方 杨昌黎­吕 力¬(中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室,北京 100190)(2009年5月15日收到;2009年5月18日收到修改稿)在20mK 的极低温下测量了石墨烯纳米带量子点的电子输运性质,观测到清晰的库仑阻塞菱形块和对应量子点激发态的电导峰.对库仑阻塞近邻电导峰间距和峰值进行了统计分析,发现其统计分布分别满足无规矩阵理论描述的Wigner 2D yso n 分布和Po rter 2Tho mas 分布,说明石墨烯纳米带量子点在低温下出现了量子混沌现象.还讨论了这种长方形量子点中量子混沌的可能成因.关键词:石墨烯纳米带,量子点,库仑阻塞,量子混沌PACC :7335C,0545*国家自然科学基金(批准号:10774172,10874220)和国家重点基础研究发展计划(批准号:2006C B921304)资助的课题.­通讯联系人.E 2m ail:ycl@ ¬通讯联系人.E 2m ail:lilu@11引言经典混沌用来描述一类动力学行为,该行为对初值非常敏感.初值任何微小的变化将给系统长时间行为带来不可预测的影响.在量子力学理论框架下,描述量子系统状态的波函数和可观测物理量的期望值都随时间准周期变化,所以不存在满足经典混沌定义的量子混沌.一个复杂的量子体系长时间演化后达到稳定状态,可对其本征态和本征值进行统计描述.人们在对遍历混沌运动的席奈台球(Sinai p s billiard)等系统的量子能级进行统计研究时发现,这些系统的能谱都惊人地满足由无规矩阵理论(random matrix theory,RM T)描述的Wigner 2D yson 分布[1,2].所以Schmit 等假设(Bohigas 2Giannoni 2Schmitconjecture),经典近似下对应于经典混沌系统的量子体系,其能级涨落满足Wigner 2D yson 统计分布[3].这是量子混沌的普遍特征.而经典近似下对应于经典可积系统的量子体系,其能级涨落满足泊松分布[4].石墨烯(graphene)是近年来发现的一种新奇的二维碳元素材料[5)7].它可由机械解理石墨而得到.由于石墨烯中的电子具有相对论性的色散关系,并且表现出特异的量子霍尔效应,因而激发起了极大的研究兴趣.石墨烯还可以被进一步切割成纳米带(graphene nanoribbon,GN R),成为一种准一维材料.G N R 具有高迁移率和奇异的电学及磁学特性[8)10],作为潜在的纳米尺度电子器件材料,引起了广泛的关注和研究[11)13].然而,Ponomarenko 等[14]最近在近似圆形的石墨烯小量子点器件上观察到了量子混沌现象.这一现象的出现可能会对基于石墨烯的物性研究和器件应用产生影响.本工作进一步研究了在由纳米带构成的量子点器件中的量子混沌现象.用机械剥离法得到了宽60nm 的石墨烯纳米带,并利用电子束曝光等微加工手段制作了长500nm 宽60nm 的量子点器件,在温度T =20m K 下测量了其电子输运性质,观测到该器件的电导呈现出清晰的库仑阻塞效应以及量子点激发态电导峰.还对零偏压下G NR 量子点库仑振荡峰最近邻峰间距和峰值作了统计分析,发现分别满足由RM T 理论描述的W igner 2D yson 分布和Porter 2Thoma s 分布,表明G NR 量子点在低温下出现了量子混沌现象.21实验方法和结果我们采用机械剥离法从高定向热解石墨(highly ordered pyrolytic graphite,HO PG)得到了原子层的石墨烯样品,其中也有宽度为几十个纳米的石墨烯纳米带.图1是解理得到的一个G NR 样品的扫描电子第58卷第8期2009年8月100023290P 2009P 58(08)P 5726204物 理 学 报AC TA PHYSIC A SINICAVo l.58,N o.8,Aug ust,2009n 2009Chin.Phys.Soc.显微镜(SE M)图和相关结果.样品附着在Si P SiO 2基片上,基底是p 型高掺杂Si,用来做背底门以调节样品的载流子浓度.G NR 样品的宽度为60nm,其载流子迁移率约为5000c m 2P Vs (同时用机械剥离法解理同样得到了片状单层石墨,测量了其低温量子霍尔效应,得到样品迁移率约为5000c m 2P Vs).原子力显微镜测得样品高度为113nm,表明样品是双层石墨烯[15].采用标准的微加工技术,经过电子束曝光、电子束蒸发、去胶等工艺后,在G N R 样品上镀上厚50nm 的Pd 金属做电极,两电极间距为500nm.图1 GNR 量子点库仑振荡数据图 测量温度T =20m K.(a)G NR 微加工前的SEM 图,内插图是微加工后器件光学照片;(b)零偏压下电导G 随门电压变化的库仑振荡,门电压变化范围V bg =2132)2137V;(c)微分电导随门电压和偏压变化的二维灰度图,箭头所示为量子点的激发态;(d)零偏压下电导随门电压库仑振荡,门电压变化范围V bg =-015)015VG NR 量子点器件的低温电子输运性质是在稀释制冷机上测量的,测量温度T 为20mK.测量方法采用标准的两点法和锁相放大器技术,即在样品器件源极和漏极之间施加直流偏压和一个低频(频率为3019Hz)恒压(电压为10L V)的交流小信号,利用锁相放大器测量通过样品源漏极的电流,从而得到样品的微分电导.G NR 样品中的载流子浓度可以由背底门上的栅极电压V bg 调节.图1(a)是G NR 微加工前的SE M 图,内插图是微加工后器件光学照片.图1(b)是零偏压下,门电压在V bg =2132)2137V 变化范围内,样品电导随门电压变化的数据图.从该图可以看出,样品电导出现库仑振荡.图1(c)是样品微分电导随门电压和偏压变化的库仑阻塞菱形块二维灰度图,图中从暗到亮代表微分电导值增大.菱形块中间区域是库仑阻塞区.在这些区域内,由于G N R 量子点上的电子数不能随便改变,使得器件的导通性出现库仑阻塞.只有在某些特定的偏压和门电压条件下,克服了G N R 量子点中的库仑能隙,电子才能从源极经过G NR 量子点流向漏极,出现电导峰,对应图1(c)中亮的菱形块边线.图1(c)中箭头所示线状亮带对应G N R 量子点的激发态,是由于G N R 量子点尺寸效应形成的.从数据图中可以读出,门电压改变V bg =1510mV,对应于克服了G NR 量子点中库仑能隙,量子点中电子数增加一个.由公式C bg $V bg =e 得到背底门与样品之间的电容为C bg =1110aF.采用平行板电容公式C =E E 0Sd,其中E 0是真空介电常数,E =319是SiO 2相对介电常数,d =100nm 是SiO 2材料的厚度,得到G NR 量子点面积S =0103L m 2,与样品实际尺57278期谭长玲等:石墨烯纳米带量子点中的量子混沌现象寸500nm @60nm 相符合,表明两电极之间的整个G NR 样品是作为一个量子点参与电子输运.图1(d)是零偏压下,门电压在V bg =-015)015V 变化范围内样品电导随门电压变化数据图.从这张数据图可以看出,G N R 量子点中的库仑振荡很不规则,并表现出如下特点:(1)有些库仑阻塞区电导能完全到零,有些库仑阻塞区电导不能到零;(2)电导峰值大小涨落非常大;(3)近邻峰之间的间距不一致,差别很大.图2 库仑振荡的统计分析 (a)库仑阻塞最近邻峰间距柱状分布图,满足Wigner 2Dyson 分布,共统计了约270个峰;(b)库仑阻塞电导峰值柱状分布图,满足Porter 2Thom as 分布我们对零偏压下V b g =-2)4V 范围内的库仑振荡近邻峰间距和电导峰值进行了统计分析.峰的总数约为270.图2(a)是近邻峰间距柱状分布图,用N $V bg 表示最近邻峰间距$V bg 内峰的个数.用Wigner 2D yson 分布对库仑阻塞近邻峰间距统计分布进行拟合,图2(a)中3条曲线分别选择了3种不同的系综[1,2].这里的G OE (Gaussian orthogonalensemble)是高斯正则系综,体系具有时间反演对称性;G UE(G aussian unitary ensemble)是高斯幺正系综,体系不具有时间反演对称性;GSE (Gaussian symplectic ensemble)是高斯辛系综,体系具有时间反演对称性,且含自旋2轨道耦合作用.发现库仑振荡近邻峰间距的统计分布与用RM T 描述的Wigner 2D yson 分布非常符合,其中选择G SE 系综拟合曲线符合最好.这些结果确切地表明,G NR 量子点处于量子混沌状态.Jalabert 等[16]用RM T 分析了半导体量子点库仑振荡峰值统计分布,发现量子混沌体系量子点库仑振荡峰值分布满足Porter 2Thomas [17]分布,并被实验证实[18,19].图2(b)是库仑振荡峰高度的柱状分布图,发现G NR 量子点库仑振荡峰的高度基本符合Porter 2Thomas 分布.所以G NR 量子点库仑振荡的峰高分布也可以用RM T 描述,进一步证实了G N R 量子点是一个量子混沌体系.31结论测量了GN R 量子点器件的低温电子输运性质,观测到其电导呈现出清晰的库仑阻塞菱形块和量子点的激发态.通过对电导库仑振荡峰的近邻间距和峰高涨落的统计分析,发现其分布符合RM T 的描述,表明G NR 量子点是一个量子混沌体系.文献[14]报道了在刻蚀出来的近似圆形的石墨烯量子点中观测到了量子混沌现象.所不同的是,本文测量的G N R 量子点的形状是条状长方形,而条状长方形对应的经典动力学体系是一个可积的动力学体系,不是一个经典混沌体系.实验已观测到在石墨烯当中有许多无序,比如坑洼(ripple)等[20],尺寸从几十纳米到上百纳米不等.我们认为,条状长方形的G NR 量子点中之所以出现量子混沌现象,可能与石墨烯中的这些坑洼无序有关.这些无序构成了电子散射的边界,并与G N R 边界一起,可能导致GN R 形成一个类似席奈台球的混沌体系.[1]B rody T A,Flores J,French J B,Mello P A,Pandey A,Wong S S M 1981R ev .Mod .Phys .53385[2]Alhass id Y 2000Re v .Mod .Phys .72895[3]Bohi gas O,Giannoni M J,Schmi t C 1984Phys .Re v .Le tt .5215728物 理 学 报58卷[4]B erry M V,Tabor M 1977Proc .R oy .Soc .(London)A 356375[5]Novoselov K S,Geim A K,Moroz ov S V,J iang D,Zhang Y,Dubonos S V,Grigorieva I V,Firsov A A 2004Scie nce 306666[6]Morozov S V,Jiang D,Katsnels on M I,Gri gorieva I V,Dubonos S V,Fi rsov A A,Novos elov K S,Geim A K 2005Nature 438197[7]Zhang Y B,Tan Y W,Stormer H L,Kim P 2005Nature 438201[8]Nakada K,Fuji ta M,Dresselhaus G,Dress elhaus M S 1996Phys .Re v .B 5417954[9]Han M Y,;z yil maz B ,Zhang Y,Ki m P 2007Phys .Re v .Le tt .98206805[10]S on Y W,C ohen M L,Louie S G 2006Nature 444347[11]W ang X R,Ouyanget Y J,Li X L,Wang H L,Guo J,Dai H J 2008Phys .Re v .Lett .100206803[12]Kos ynkin D V,Higgi nbotha m A L,Sini ts kii A,Lom eda J R,Di miev A,Price BK,Tour J M 2009Nature 458872[13]Jiao L Y,Zhang Li,Wang X R,Diankov G,Dai H J 2009Nature 458877[14]Ponom arenko L A,Sc hedin F,Katsnelson M I,Yang R,Hill E W,Novos el ov K S,Geim A K 2008S cienc e 320356[15]Geim A K,Novoselov K S 2006Nature Mater .6183[16]Jalabert R A,S tone A D,Alhassid Y 1992Phys .Re v .Le tt .683468[17]Porter C E,Thomas R G 1956Phys .Re v .104483[18]Chang A M,Baranger H U,Pfei ffer L N,Wes t K W,Chang T Y 1996Phys .Rev .Lett .761695[19]Folk J A,Patel S R,Godijn S F,Huibers A G,C ronenwett S M,Marcus C M,Ca mpman K,Goss ard A C 1996Phys .Re v .Le tt .761699[20]Marti n J,Akerman N,Ulbricht G,Lohm ann T,Sm et J H,Klitzi ng K V,Yacoby A 2007Nat .Phys .4144Quantum chaos in graphene nanoribbon quantum dot *Tan Chang 2Ling Tan Zhen 2B ing Ma Li C hen Jun Yang Fan Qu Fan 2Ming Liu Guang 2TongYang Hai 2Fang Yang Chang 2Li ­ L Li ¬(B ei jin g Natio nal Lab o rato ry fo r Co n den s ed M atte r Ph ys ics ,In s titute o f Ph y sic s ,C hine seAcade m y o f Scien ces ,Be ijin g 100190,Ch in a )(Receiv ed 15M ay 2009;rev ised man uscrip t recei ved 18May 2009)AbstractThe electron transport property of a graphe ne nanoribbon (GNR)quantum dot in a dilution re frigerator at tempe ra ture 20m K is studied.The C oulomb bloc kade diamonds and e xcited energy levels of the quantum dot are clearly observed.It is found that the sta tistical distribut ion of the spacing be tween the neare st 2neighboring C oulomb blockade peaks and tha t of the individual peak hei ght are consistent re spec t ively with the typical Wi gner 2Dyson distribution and Porter 2Thoma s distribution as prescribed by the rando m matrix theory f or a quantum chaotic syste m.Thus,our re sults dem onstrate that the GNR quantum dot is a quantum chaotic syste m a t low te mperatures.The possible ori gin of this pheno me non is also discussed.Keywords :graphene nanoribbon,quantum dot,Coulom b blockade,quantum c haos PACC :7335C,0545*Project supported by the National Natural Science Foundation of C hina (Grant Nos.10774172,10874220)and the State Key Development Program for Basic Res earch of C hina (Grant No.2006C B921304).­Corresponding author.E 2mail:ycl@i ¬Corresponding author.E 2mail:lilu@57298期谭长玲等:石墨烯纳米带量子点中的量子混沌现象。

石墨烯量子霍尔效应
（原创版）
目录
1.石墨烯的特性
2.石墨烯的量子霍尔效应
3.弱局域效应
4.石墨烯在量子传输上的应用
5.石墨烯的量子霍尔效应在室温下的实现
正文
石墨烯是一种具有独特性质的单层碳原子构成的二维材料。

由于其特殊的能带结构，石墨烯拥有无质量的载子和手性，这使得它在量子传输领域展现出许多独特的性质。

石墨烯的量子霍尔效应是一个重要的研究领域。

在高磁场下，石墨烯的量子霍尔效应展现出非传统的量化条件。

事实上，已经有研究观察到在室温下，石墨烯的量子霍尔效应可以实现量子化电导。

这一发现为标准电阻的制定提供了更为精确的参考。

除了量子霍尔效应，石墨烯还表现出弱局域效应。

这一效应指的是在石墨烯中，电子的相互作用会导致其能量和动量发生改变。

弱局域效应对于理解石墨烯中的量子传输现象具有重要意义。

总的来说，石墨烯在量子传输领域具有巨大的应用潜力。

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石墨烯量子点发光机理
石墨烯量子点发光机理是指石墨烯量子点在受到外部激发后，发生发光现象的过程和原理。

石墨烯量子点是指由石墨烯片层裁剪、缩小形成的纳米颗粒，具有优异的光电性能和稳定性。

石墨烯量子点发光机理主要包括以下几个方面：
1. 激发机制：石墨烯量子点受到外部激发后，激发能量将被吸收并转化为激子的能量。

激子是一种激发态的电子-空穴对，具有分离电荷和能量的特性。

2. 过程机制：激子在石墨烯量子点内部发生能量转移和复合过程，产生的复合激发态具有较短的寿命和较高的能量。

这些激发态在衰减过程中会辐射出发光。

3. 发光机制：石墨烯量子点的发光机制主要有激子复合发光机制、表面缺陷发光机制和边界缺陷发光机制。

其中，激子复合发光机制是最主要的发光机制。

石墨烯量子点发光机理的研究对于石墨烯量子点的应用具有重要意义，例如在生物成像、LED照明、光电转换器件等领域中的应用。

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石墨烯量子点石墨烯量子点是准零维的纳米材料, 其内部电子在各方向上的运动都受到局限, 所以量子局限效应特别显著, 具有许多独特的性质。

这或将为电子学、光电学和电磁学领域带来革命性的变化。

应用于太阳能电池、电子设备、光学染料、生物标记和复合微粒系统等方面。

石墨烯量子点在生物、医学、材料、新型半导体器件等领域具有重要潜在应用。

能实现单分子传感器, 也可能催生超小型晶体管或是利用半导体激光器所进行的芯片上通讯用来制作化学传感器、太阳能电池、医疗成像装置或是纳米级电路等等。

大小不同的量子点结构,其中大的量子点也被称为单电子晶体管(SET), 被用作探测器读出旁边小量子点内的电荷状态。

单电子晶体管多栅极调控的石墨烯串联双量子点器件,通过低温输运,双点的耦合强度可以从弱到强的调节。

从而引起遂穿耦合能变化, 表明这种高度可控的系统非常有望成为将来无核自旋的量子信息器件。

科学家还测量了栅极调控的双层石墨烯并联双量子点, 通过背栅和侧栅电极的调控可以将并联双点调节到不同的耦合区间. 从双点耦合的蜂窝图抽取出了相关的耦合电容、耦合能等参数的高灵敏度, 清楚地探测到量子点内的库仑阻塞信号和激发态能谱, 甚至传统输运测量不到的微弱库仑充电信号也能被探测到。

石墨烯量子点，GQD,为基础的材料，可能会使OLED显示器和太阳能电池的生产成本更低。

新的GQDf使用任何有毒金属,如,镉、铅等,。

使用GQ助基础的材料, 可能使未来OLED面板更轻、更灵活、成本更低。

在生物医药领域, 石墨烯量子点极具应用前景。

在生物成像方面, 在理论和实验上都已证实, 量子限制效应和边效应可诱导石墨烯量子点发出荧光。

在生物医学研究领域中, 常用荧光标记来标定研究对象, 却会因为过长的激发时间使得荧光失效被称为光漂白(photo bleaching) 使得一般荧光剂在生物医学上的应用受到限制。

石墨烯量子点拥有稳定的荧光光源,石墨烯量子点在制作时产生的缺陷, 当氮原子在石墨烯量子点生产中占据原先碳原子的位置后又脱离, 使其位置有一氮空缺(NitrogenVacancy, NV), 而该缺陷在接受可见光激发后就会发出荧光。