ナノスケール材料：グラフェンヘテロ構造における調整可能な電子–たわみフォノン相互作用

電子–フォノン相互作用の特異な特性は、グラフェンヘテロ構造において観測される、極めて高い移動度、電子流体力学、超伝導、超流動の基礎となっている。電子熱伝導率と、電気伝導率と温度の積の比であるローレンツ比から、これまでのグラフェン測定では得ることができなかった電子–フォノン相互作用に関する知見が得られる。今回我々は、60 K近傍で縮退グラフェンにおいてローレンツ比の異常なピークが見られ、移動度の増加に伴ってピークの大きさが減少することを示す。今回の実験観測結果は、多体電子–フォノン自己エネルギーのab initio計算および解析モデルと組み合わせると、グラフェンヘテロ構造における鏡映対称性の破れが制限的選択則を緩和することができ、奇数個のたわみフォノンと準弾性電子の結合を可能にして、これが、低温での流体力学領域と120 K以上での非弾性電子–フォノン散乱領域に挟まれた中間温度においてゾンマーフェルト極限に向かうローレンツ比の増大に寄与することを明らかにしている。二次元材料における輸送に対するたわみフォノンの寄与を無視する過去の慣例とは対照的に、今回の研究は、調整可能な電子–たわみフォノン結合が、例えば低エネルギー励起がフラットバンド電子のクーパー対形成を媒介し得る魔法角ツイスト2層グラフェンなどにおいて、量子物質を原子スケールで制御する手段をもたらす可能性があることを示唆している。

目次へ戻る