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英國科學家利用隔片(spacer)讓兩片石墨烯(graphene)相互靠近到相距僅1 nm，亦即距離比一般傳統材料小上10倍，然後進行電學實驗，結果觀察到是雙層石墨烯系統中存在極強的庫倫拖曳(Coulomb drag)作用。庫倫拖曳的測量有助於研究基本物理現象如電子間交互作用，以及多體運動如電子電洞對(即為激子, exciton)的形成。
上述研究由曼徹斯特(Manchester)大學的Leonid Ponomarenko等人所完成。他們使用1 nm厚的氮化硼為隔片隔開兩片石墨烯，使其在電性絕緣，這是首次有兩片二維(2D)材料能以這種方式如此靠近。接著他們在一片石墨烯上施加電流，並測量另一片石墨烯的電壓。此團隊發現，在一層石墨烯中的流動的電子會「拖動」(drag)另一層中的電子，因此產生可測量之微弱電壓，此效應即為庫倫拖曳。
研究人員在實驗中確保兩石墨烯層彼此分隔，以避免電子穿隧效應(electron tunneling effect)。該團隊表示實驗儀器的架設並不困難，主要的挑戰在於如何於潔淨室環境中控制石墨烯與氮化硼。Ponomarenko表示，過去研究人員是利用傳統2D電子系統來探究庫倫拖曳，不過隨著石墨烯及其異質結構相繼發現，他們能更進一步定性探討此現象。
如此毗近的石墨烯片意味著系統中的交互作用強上許多，使研究人員可以觀察過去僅能預測的有趣物理現象。此實驗中最令人意外的是，他們在所謂的電荷中性點(charge neutrality point)觀察到非常強烈的庫倫拖曳。Ponomarenko指出，由於此處的電荷密度為零，理論上庫倫拖曳應當消失。對於實際應用而言，此庫倫拖曳效應仍屬相當微弱。不過，由於此實驗是在接近室溫環境下完成，研究人員認為未來應能有應用價值。
該研究團隊目前正積極尋找石墨烯層間激子(interlayer exciton)。Ponomarenko解釋，層間激子為一層石墨烯中的電子與另一層石墨烯中的電洞所形成的穩定束縛態。如果能成功尋獲，他們期望能觀察到這些激子的玻色–愛因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensation, BEC)。詳見Phys. Rev. Lett. 111, 166601 (2013)。 |