研究透视：Science-石墨烯，谷选择量子霍尔效应

贝里曲率Berry curvature ，类似于磁场，但在动量空间中，通常存在于非平凡量子几何材料中。贝里曲率赋予布洛赫电子，以横向反常速度，即使在没有磁场的情况下，也能产生类霍尔电流。

　　近日，西班牙巴塞罗那科学技术研究院Frank H. L. Koppens团队Jianbo Yin，Cheng Tan共同一作，在Science上发文，报道了原位实验直接观测到了可调谐谷选择量子霍尔效应 valley-selective Hall effect（VSHE），其中反转对称性以及电子几何相位，可由平面外电场控制。使用具有本征和可调带隙的高质量双层石墨烯gapped bilayer graphene，GBG，用圆偏振中红外光照射，并证实观察到的霍尔电压是，由光诱导谷群产生的。与二硫化钼molybdenum disulfide（MoS2）相比，这一研究发现谷选择量子霍尔效应 VSHE的数量级更大，这归因于Berry曲率与带隙的反标度inverse scaling 。通过监测谷选择霍尔电导率，研究了Berry曲率随带隙的演化。谷选择量子霍尔效应VSHE的这种原位实验操作，为拓扑和量子几何光电器件铺平了道路，例如更强大的量子开关和探测器。

Tunable and giant valley-selective Hall effect in gapped bilayer graphene间隙双层石墨烯中的可调和巨谷选择性霍尔效应。

图1.可调Berry曲率驱动的双层石墨烯gapped bilayer graphene，GBG谷选择霍尔效应。

图2.激子态和间隙依赖的谷选择量子霍尔效应VH。

图3.双层石墨烯GBG中谷选择量子霍尔效应VSHE。

图4.演变

　　二维Dirac材料，如石墨烯和过渡金属二硫属化合物，是实现许多新拓扑和量子几何效应的有吸引力材料。这些二维材料中，电子能带结构的多个极值或谷，提供了额外谷自由度，该自由度允许电荷载流子，在穿过材料时有效地执行奇异的电子舞蹈路径electronic dance routines 。在具有可调带隙的双层石墨烯中，该项研究展示了这些舞蹈动作是可以编排，为开发拓扑光电设备（如鲁棒开关和探测器）提供了一条新途径。

文献链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl4266DOI: 10.1126/science.abl4266

信息来源：公众号【今日新材料】

氧化石墨烯：

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。