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石墨烯器件的低温量子输运研究
石墨烯是一种新型的二维材料，在过去几年中引起了广泛的研究兴趣。石墨烯具有很高的电子迁移速度、热导率和机械强度，这些优异的性质促使其在纳米电子学、传感器、能源转化、生物医学、光学、磁性等领域得到了广泛应用。然而，独特的电子结构和输运性质使其受限于一些应用。在这篇论文中，我们将讨论石墨烯器件的低温量子输运研究，探讨其在量子效应以及纳米电子学应用中的应用。
石墨烯由于单层结构和极小的晶格常数，因此自然形成了量子点和量子阱，这使得其在低尺寸效应下表现出了许多量子特性。在低温下，量子效应在石墨烯器件的输运性质中起着重要的作用。特别是在低温下，电子的平均自由程会变得更长，因此电子不受杂质、晶粒边界等杂质的束缚，可以通过更大的电子聚合态实现更长的平均之间的时间和更好的输运。
在石墨烯的量子输运研究中，石墨烯薄膜上的单个电子传输性质是一个重要的问题。利用扫描隧道显微镜(STM)和扫描探针显微镜(SPM)，可以实现石墨烯单个原子层中电荷输运的调控和观测。以小型单层石墨烯晶体管为例，该器件可以用作单电子数传输器，在低温下可以实现单个电子的传输，能够进行量子比特等低温量子计算研究。除此之外，石墨烯电子输运中的热电效应也成为近年来在低温量子输运领域的重点研究方向之一。在低温下，石墨烯薄膜中的载流子表现出优秀的热导率，从而导致石墨烯器件的热电性能具有很高的潜力，可作为一种新型的低温热电材料。
石墨烯器件的低温量子输运研究还展示了大量的电子输运现象，如电荷密度波、自旋楔(Magnetoresistance)等。电荷密度波是指某种物质中的电荷分布产生了周期性变化，电子通过该区域时受到周期性电势的作用，从而表现出电阻峰。在石墨烯单层晶片和其他二维晶片中，电荷密度波现象被证明是存在的，并且可以高效地控制和切换。自旋楔效应是指在石墨烯器件的温度和磁场相互作用下，导致电子运动方向发生改变，从而使电子受到不同的自旋速率影响，从而导致磁电阻和电阻变化。这些量子现象都在石墨烯器件的低温量子输运研究中得到了深入的探究，并有望在各种新型纳米器件中得到成功应用。
总之，石墨烯器件的低温量子输运研究是一个快速发展的研究领域。石墨烯的高电子迁移率、热导率和机械强度，使其在纳米电子学、光学、磁性及能源等领域得到广泛应用。在低温下，石墨烯器件表现出众多的量子效应，在单个电子传输、热电性能和电子输运等方面低温量子效应研究得到了广泛的关注。在未来的研究中，我们可以期待石墨烯器件在量子计算、量子电子学和新型能源领域取得更多的应用前景。