Группа исследователей из Калифорнийского университета, Массачусетского технологического института (MIT), Национальной Лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Labs) и Национального института материаловедения (Япония) смогла получить изображения релятивистских электронов, захваченных графеновыми квантовыми точками.

В своей статье, размещённой в журнале Nature Physics, ученые рассказали о проведенном эксперименте, который позволил добиться более глубокого понимания физики фермионов Дирака, отработать методику захвата и удержания электронов в наноустройствах.

Визуализация электронных волновых форм это весьма неординарная задача и все существующие методы до сих пор давали изображения со множеством дефектов. Для того, чтобы обойти это затруднение, авторы применили новый подход к захвату электронов.

Сначала они получили круговое p-n-соединение, создав разность потенциалов между вершиной зонда сканирующего туннельного микроскопа и графеновым образцом. Затем, напряжение было приложено к пластинке кремния, размещённой снизу графена и отделенной от него слоем оксида кремния с фрагментом нитрида бора. В результате произошла ионизация дефектов в нитриде бора, и заряды мигрировали из него в графен.

Для того, чтобы получить изображения этих зарядов, ученые поместили острие зонда микроскопа непосредственно над поверхностью квантовой точки. Это позволило, передвигая зонд выполнять множественные измерения туннельного тока и в конечном итоге свести их воедино, построив карту пространственного распределения удерживаемых электростатически фермионов Дирака.

Как предполагают авторы статьи, новый метод можно положить в основу разработки более сложных систем, например, состоящих из многих квантовых точек. В ближайших планах — применение этой техники к двухслойному графену, содержащему гораздо больше дираковских носителей заряда.