英国曼彻斯特大学Nature：石墨烯又一重大发现

虚谷纳物 1年前 (2023-04-13) 1854浏览

一、导读

各种各样的机制——包括内在的和外在的——可以导致金属体系中的大磁阻(MR)。对这些机制的探索已经持续了一个多世纪，但仍然存在许多未解之谜，尤其是在各种狄拉克和Weyl体系、奇怪金属等新材料中报道的MR。无论某一特定磁流变行为背后的机制是什么，它总是依赖于磁场B对电子轨迹的终结，因此，高载流子迁移率μ是观测到大磁流变的必要前提。在液氦温度下，在许多高μ体系中观测到巨大的磁流变(在10 T的磁场中达到约106%)。然而，由于迁移率随温度T的升高而降低，导致液氮温度以上的MR很小。那些极少数载流子在室温下保持高流动性的材料(如掺杂石墨烯和锑化铟)都是非补偿体系，并且，与经典的正常金属理论一致，它们的纵向电阻率ρ_xx在高B时饱和，再次导致小MR。只有存在扩展缺陷或特殊设计的四探针器件，产生强烈的非均匀电流流，才能导致大但非均匀的MR。石墨烯电子谱最明显的特征是它的狄拉克点，很多有趣的现象往往围绕着这个点聚集。在低温下，这种状态下的内在行为通常被电荷不均匀性所掩盖，但热激发可以在高温下克服这种无序，并产生狄拉克费米子的电子空穴等离子体。狄拉克等离子体被发现具有不同寻常的特性，包括量子临界散射和流体动力流。然而，人们对等离子体在磁场中的行为知之甚少，本文则给出了创新性探索。

二、成果掠影

最近，来自英国曼彻斯特大学的A. K. Geim教授，Alexey I. Berdyugin以及兰开斯特大学的L. A. Ponomarenko报告了量子临界状态下的磁输运。在低磁场中，等离子体在室温0.1特斯拉的磁场中表现出巨大的抛物线磁电阻率，达到100%以上，比在任何其他系统中发现的磁电阻率都要高几个数量级。研究表明：这种行为是单层石墨烯独有的，尽管经常(普朗克极限)散射，但其无质量光谱和超高迁移率为其提供了支持。随着在几特斯拉的磁场中朗道量子化的开始，其中电子空穴等离子体完全位于第0朗道能级，巨大的线性磁电阻率出现。它几乎与温度无关，可以通过近距离筛选抑制，表明它是多体起源。与奇怪金属中的磁输运和Weyl金属预测的所谓量子线性磁电阻的明确平行。本文为进一步探索使用这种定义良好的量子临界二维系统的相关物理提供了一个有趣的机会。相关成果以“

Giant magnetoresistance of Dirac plasma in high-mobility graphene”为题发表在Nature期刊上。