Электронно-дырочные лужи в графене

Электронно-дырочные лужи (англ. electron-hole puddles) в графене формируется вблизи точки электронейтральности. Они представляют собой локальное изменение концентрации отрицательно заряженных носителей (электронов) и положительно заряженных (дырок) квазичастиц и возникают из-за неоднородного распределения заряженных примесей в подложке, а также локального изменения плотности состояний, например, из-за дефектов или деформации решётки и др. причин. В целом заряд графена в точке электронейтральности равен нулю, то есть количество электронов и дырок совпадает, однако их концентрации зависят от координат. На границе между электронными и дырочными областями формируются p-n переходы. Так как запрещённая зона графена равна нулю, ток через такой переход не равен нулю, и материал остаётся проводящим при любой температуре.

Влияние подложки

Качество подложки и количество примесей в ней сильно влияют на уровень беспорядка в графене: на концентрацию носителей в электронно-дырочных лужах и их размеры. Первые образцы графена были сделаны на подложке окисленного кремния, не отличающегося чистотой, благодаря чему флуктуации концентрации достигали 10¹² см^-2. Размеры луж, локальное положение дираковской точки были измерены с помощью одноэлектронного транзистора чувствительного к локальному заряду.

В более поздних реализациях графеновые образцы переносились на чистые гладкие подложки из гексагонального нитрида бора, что позволило частично избежать флуктуирующего потенциала и глубина луж существенно уменьшилась. Это привело к получению существенно более высоких подвижностей носителей.

Литература

• Katsnelson M. I. Graphene: Carbon in Two Dimensions. — New York: Cambridge University Press, 2012. — 366 p. — ISBN 978-0-521-19540-9.
• Castro Neto A. H., Guinea F., Peres N. M. R., Novoselov K. S., Geim A. K. Электронные свойства графена (англ.) = The electronic properties of graphene // Rev. Mod. Phys. — 2009. — Vol. 81. — P. 109—162. — doi:10.1103/RevModPhys.81.109. — arXiv:0709.1163.