Eecs，北京市固体量子器件重点实验室徐洪启教授课题组和北京大学化学与分子工程学院刘忠范教授课题组，通过优化掺杂石墨烯的生长方法，成功合成了高迁移率、氮原子替代掺杂的石墨烯材料，并成功制备了氮掺杂石墨烯量子电子器件。
石墨烯以其特殊的能带结构、超高的迁移率和新颖的输运特性，成为探索新物理性质和开发新型量子电子器件的理想体系。其中，对石墨烯掺杂体系输运特性的研究有助于理解掺杂石墨烯中的载流子输运特性和散射机制，在石墨烯材料和电子器件的性能优化方面具有重要的指导意义。
近日，北京固体量子器件重点实验室eecs课题组和徐洪启教授、北京大学化学与分子工程学院刘忠范教授课题组通过优化掺杂石墨烯的生长方法，成功合成了高迁移率氮原子替代掺杂的石墨烯材料，并成功制备了氮掺杂石墨烯量子电子器件。测量表明，所得掺杂石墨烯材料的迁移率在室温下达到1.0倍；104 cm2 & bullv-1 &公牛；S-1 .
(a)石墨烯能带结构、谷-谷散射过程和掺氮石墨烯器件示意图；(b)实验中测量的主要散射常数揭示了N掺杂石墨烯中电子和空空穴的谷-谷散射的不对称性。通过系统深入的研究，联合研究组发现氮掺杂石墨烯的量子输运特性表现出明显的电子-空空穴不对称性。他们研究了不同掺杂浓度、不同载流子类型、不同载流子浓度和不同温度下的输运特性，分析提取了相干散射时间、谷内散射时间和谷间时间等重要物理参数，证明了氮掺杂引入的带电杂质比空空穴更容易引起电子的大角度散射，从而导致石墨烯电荷输运中电子-空空穴的对称性。该工作首次详细研究了高迁移率氮掺杂石墨烯中的载流子散射机制，揭示了石墨烯中带电杂质对量子相干散射的重要影响，为开发高质量的石墨烯掺杂材料和电子器件提供了物理基础，对石墨烯电子学和谷电子学器件的发展具有重要的指导作用。
相关研究成果如下:氮掺杂石墨烯中电子-空空穴的不对称散射(电子&负；e氮掺杂图形中电荷输运的对称性破缺)于2017年5月发表在美国化学会& bull纳米”(ACS NanoDOI: 10.1021/acsnano.7b00313).北京大学前沿交叉学科研究院博士生李家钰、化学学院博士生李琳为共同第一作者，信息学院徐红旗教授、康宁副教授、刘忠范教授为通讯的共同作者。
上述研究工作得到了国家自然科学基金和国家重大自然科学研究计划的支持。