信息学院徐洪起课题组与化学学院刘忠范课题组合作在高迁移率氮掺杂石墨烯量子输运研究中取得紧张进展

石墨烯材料因其特别的能带结构、超高的迁移率和新奇的输运特征，成为探索新物性、研制新型量子电子器件的理想系统。其中，对于石墨烯掺杂系统输运特征的研究有助于理解掺杂石墨烯中的载流子输运特征和散射机制，在石墨烯材料和电子器件性能优化方面具有紧张引导意义。

近日，北京大学信息科学技术学院、固态量子器件北京市重点实验室徐洪起教授课题组与北京大学化学与分子工程学院刘忠范教授课题组合作，通过优化掺杂石墨烯的生长方法，成功合成了高迁移率、氮原子替位式掺杂的石墨烯材料，并成功制备出氮掺杂石墨烯量子电子器件。测量注解，所获得的掺杂石墨烯材料在室温下的迁移率达到1.0×

通过体系、深入的研究，联合课题组发现氮掺杂石墨烯的量子输运特征呈现显明的电子-空穴舛错称性。他们研究了不同掺杂浓度、不同载流子种类、不同载流子浓度、不同温度下的输运特征，分析、提取了干系散射时间、谷内散射时间和谷间时间等紧张物理参数，证实了氮掺杂所引入的带电杂质相对于空穴而言，更易造成对电子的大角散射，从而导致石墨烯电荷输运过程中电子-空穴对称性的破缺。这项工作是首次对高迁移率氮掺杂石墨烯中载流子散射机制的邃密研究，揭示了石墨烯中带电杂质对量子干系散射的紧张影响，为发展高品质的石墨烯掺杂材料和电子器件提供了物理基础，对于研制石墨烯电子学和谷电子学（valleytronics）器件具有紧张引导作用。

相干研究效果以《氮掺杂石墨烯中的电子-空穴非对称性散射》（Electron−hole symmetry breaking in charge transport in nitrogen-doped graphene）为题，于2017年5月发表在《美国化学会•纳米》（ACS Nano；DOI: 10.1021/acsnano.7b00313）。北京大学前沿交叉学科研究院博士研究生李佳玉、化学学院博士研究生林立为共同第一作者，徐洪起教授、信息学院康宁副教授和刘忠范教授为并列通信作者。

上述研究工作得到国家天然科学基金和国家天然科学庞大研究计划的支撑。

（a）石墨烯能带结构及谷间散射过程和氮掺石墨烯器件示意图；（b）实验测得的重要散射常数揭示了氮掺石墨烯中电子和空穴的谷间散射的舛错称性

编辑：安宁