客户之声：Christoph Stampfer ——看锁相放大器在石墨烯领域的应用

人物介绍

Christoph Stampfer 教授是亚琛工业大学第二物理研究所量子设备和 2D 材料小组负责人。他的研究方向是石墨烯等 2D 材料，量子输运，及其在量子技术中的应用。

不久前，苏黎世仪器对其进行了专访，让我们看看锁相放大器是如何帮助 Christoph 教授的研究。

1. 2007年您制作了第一批石墨烯量子点，之后这一领域发生了哪些变化与进展？

变化很大。我们在 2007 年开始制作石墨烯量子点时，石墨烯仍被视为一种非常新的材料。尤其是，它当时仍然是唯一能供我们使用的二维材料。直到 2010 年，六方氮化硼 (hBN)（一种与石墨烯相似的绝缘材料）才走进人们的视野。现在有很多可用的 2D 材料，包括半导体、超导体、铁磁体等等。

直到 2013 年，干燥转移工艺才真正成熟，这是制造高质量石墨烯器件的真正关键步骤。将 SiO2 上的石墨烯转换为 hBN/石墨烯/hBN 异质结构也显著提高了使用合成石墨烯（即通过化学气相沉积法生成的石墨烯）制造的器件的电子质量。

如今，常规情况下，室温下的载流子迁移率可达到大约 100000 cm2/(Vs)，胜过所有其他已知材料。这使得石墨烯成为一种关注度非常高的材料，可广泛应用于高频电子和集成光电子领域。在欧盟石墨烯旗舰项目中，已为实现这一目标付诸了巨大努力。两年前，我们还成立了亚琛石墨烯和 2D 材料中心，旨在缩短基础科学与应用之间的差距。

从更根本的角度看，我发现一件特别有意思的事，由于范德华力较弱，我们几乎可以随意将 2D 材料堆叠在一起。这使研究人员可以制作超晶格并观察与莫列条纹有关的有趣物理现象。

最近，研究人员以“魔角（约 1.1 度）”在扭曲双石墨烯分子层中形成超晶格，使超导性和相互作用引起的绝缘态成为现实。这项研究成果相当了不起，是现代固态物理学实现新突破的一大例证。目前，该领域的研究工作正在如火如荼地进行。例如，德国最近开启了“二维材料 - 范德华[异质]结构的物理现象”重点计划。

2. 石墨烯量子点的进展如何？您是否仍在从事这方面的研究？

多年以来，我们一直试图从蚀刻的石墨烯纳米结构中获得干净的量子点，这是为数不多的能够在这种无间隙材料中约束电子的方法之一，后来我们逐渐将目光转向了双层石墨烯。在双层石墨烯中，我们可以通过施加垂直电场来打开带隙，从而打破此种材料的反演对称性，并成功对电子进行静电约束。事实上，这种方法已有多年历史，但需要引入 hBN 和超平整石墨栅极才能投入实际使用。

如今约有三个小组正在从事这类系统的研究，包括苏黎世联邦理工学院的 Klaus Ensslin 小组和我们小组，看到这些量子点的性能比其他系统高出很多，我感到无比欣喜。就目前来说，在这样的量子点中，我们可以稳定实现单电子占据量子点的效果，并且我们正在加深对这一系统的理解，以便着手测试系统在自旋和谷量子位方面的适用性。

3. 苏黎世仪器的锁相放大器为你们的工作提供了哪些帮助？

我们正在针对基于石墨烯的纳米机电系统开展实验，包括高度可调的石墨烯谐振器；这便是我们选用 UHFLI 600 MHz 锁相放大器的契机，因为没有其他产品能够提供这么大的测量频率范围。我们现在已经有了两台 UHFLI 600 MHz 锁相放大器，准备扩大这类实验的规模。

我们的实验室中还有几台 MFLI 锁相放大器，用于开展关于石墨烯和双层石墨烯量子器件的一些实验。最近，我们还入手了一台 Zurich Instruments 的任意波形发生器，它能够帮助我们了解双层石墨烯中潜在的自旋和谷量子位等物理现象。

产品介绍: UHFLI 锁相放大器

作为一款数字锁相放大器，UHFLI的可测量频率范围从直流DC到 600 MHz 。相比于其他商用锁相放大器，UHFLI可以提供最高的操作频率、30 ns 的最短解调时间常数，解调带宽超过 5 MHz。