研究小组在高压下实现了石墨烯器件的高分辨率二维成像

由中国科学院中国科学技术大学（USTC）张增明教授领导的一个研究小组将金刚石中的氮空位（NV）中心与金刚石砧座电池（DAC）相结合，实现了石墨烯器件在高压下的电流密度和压力梯度的无创、高分辨率二维成像

该团队的研究发表在《纳米快报》上

许多二维材料在高压下表现出丰富的电子性质，例如扭曲双层石墨烯（tBLG）中的压力诱导超导性和拓扑相变。然而，传统的电阻测量忽略了关键的空间信息，如拓扑边缘电流、杂质和缺陷，这些信息在许多有趣的物理现象中起着关键作用

现有的磁成像技术，如超导量子干涉器件（SQUID），受到复杂实验条件和有限空间分辨率的限制，使其在高压下难以实现。因此，迫切需要开发能够在高压下对二维设备中的电流密度进行非侵入性、高分辨率成像的实验设备

金刚石中的NV中心因其高灵敏度和空间分辨率而被广泛用于在环境压力下实现二维电流密度成像。此外，将NV中心与DAC相结合，可以在高压下实现高分辨率磁成像。在此基础上，研究小组成功地将NV中心与DAC相结合，实现了高压下二维电流密度的非侵入性、高分辨率成像

此外，他们使用钻石中近表面NV中心层映射的矢量磁场重建了二维矢量电流密度。电流密度图像准确清晰地描绘了高压下压缩石墨烯的复杂结构，如裂纹和孔洞的形成以及电流的流动。提取的石墨烯器件在高压下的压力空间分布图为电流密度的不均匀性提供了合理的解释，例如接触电阻和厚度的变化

这一发现为探索高压下二维材料和电子器件的电子输运和电导率变化以及半导体电路的无损评估提供了一条新途径 More information: Cheng Zhong et al, High Spatial Resolution 2D Imaging of Current Density and Pressure for Graphene Devices under High Pressure Using Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond, Nano Letters (2024). DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c00780

Journal information: Nano Letters