石墨烯－氮化硼平面異質(zhì)結(jié)構(gòu)自2010年首次報道以來受到了凝聚態(tài)物理研究人員的廣泛關(guān)注，并衍生了二維原子晶體的人工堆垛結(jié)構(gòu)的研究分支。由于氮化硼提供了化學(xué)惰性、原子級別平整、無電荷摻雜的良好基底，石墨烯得以獲得比在傳統(tǒng)硅片表面高出3-4個數(shù)量級的載流子遷移率，并直接促成了石墨烯體系中分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)觀測。 ?;KJ (@Va  
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作為Dirac費(fèi)米子二維電子氣，石墨烯具有零帶隙、電子空穴可調(diào)制等特性，并且其與氮化硼平面異質(zhì)結(jié)構(gòu)能夠提供超高遷移率。這些性質(zhì)，正是實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)電子光學(xué)的必要因素。所謂電子光學(xué)，也即電子表現(xiàn)出光學(xué)行為的體系。例如，在一個二維pn結(jié)界面上，電子能夠像光入射到不同折射率界面一樣，發(fā)生折射與反射，并遵循Snell定律。不同的是，自然界中，光傳輸介質(zhì)的折射率均為正值。而Veselago早在1968年就預(yù)言，如果存在負(fù)折射率的介質(zhì)，人們將能夠簡單地解決現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中各種透鏡的像散問題。因此，Veselago透鏡也常被稱為完美透鏡。2007年，科學(xué)家在理論上預(yù)言，石墨烯pn結(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)Veselago透鏡的電子光學(xué)（electron optics）版本。只要在該pn結(jié)兩邊通過門電壓調(diào)控成相反的載流子類別（電子、空穴），由于切向動量守恒，入射電子將在pn結(jié)界面上發(fā)生負(fù)折射（Veselago折射，圖1）。 GaK_9Eg-2  
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近十年來，世界各地科學(xué)家均開展了實(shí)驗(yàn)觀測石墨烯中電子光學(xué)的研究工作。然而，該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)具有很大挑戰(zhàn)：1）電子不能有任何散射，全程須是彈道輸運(yùn)；2）pn結(jié)界面需要有極小的粗糙度。前者的實(shí)現(xiàn)手段為人工堆垛方法，將石墨烯夾持在兩塊氮化硼之間，藉此隔雜質(zhì)離散射源并提供原子級平整的基底（圖2）。對于后者，如果采用金屬門電極，即使利用當(dāng)今最精密的電子束刻蝕納米制備也只能做到最小幾納米乃至十幾納米的粗糙度。美國哥倫比亞大學(xué)、中國科學(xué)院金屬研究所等的科研人員在實(shí)驗(yàn)上提出了利用力學(xué)解理得到的原子級別長直邊界的厚度十幾納米的石墨作為門電極。從而解決了納米制備不能解決的極小粗糙度問題（圖2）。 rd
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該項(xiàng)研究制備的pn結(jié)器件在液氦溫度下的電磁輸運(yùn)測量表明，上述實(shí)驗(yàn)挑戰(zhàn)得到滿足。通過局域的石墨門電壓和遠(yuǎn)程硅片門電壓的調(diào)控，該型異質(zhì)pn結(jié)能夠借助弱磁場下的磁聚焦手段測量得到高信噪比電子折射行為，首次得到了單位斜率的類光學(xué)電子正負(fù)折射。通過這項(xiàng)工作，研究人員間接地提取了電子在石墨烯pn結(jié)界面斜入射角度與透過率之間的聯(lián)系，通過與理論的比對，推算出研究人員制備的pn結(jié)寬度約為70nm。同時，模擬計算得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)高度吻合。該工作為電子光學(xué)實(shí)驗(yàn)及其新型全電控電子開關(guān)等方面的應(yīng)用與發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 A6x_!  
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中科院金屬所磁性材料與磁學(xué)研究部與美國哥倫比亞大學(xué)、弗吉尼亞大學(xué)等團(tuán)隊(duì)合作完成了該項(xiàng)研究。該工作近期于《科學(xué)》（Science）雜志在線發(fā)表（Science, 353, 1522 (2016)）。 ,?~UpsUx  
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