信息學(xué)院徐洪起教授課題組與化學(xué)學(xué)院劉忠范院士課題組緊密合作，在高遷移率氮摻雜石墨烯的量子輸運(yùn)特性研究領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。這一成果是材料科學(xué)、凝聚態(tài)物理與信息電子學(xué)交叉融合的典范，不僅深化了對(duì)低維材料電子行為的理解，也為未來(lái)高性能納米電子器件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。

氮摻雜是調(diào)控石墨烯電子結(jié)構(gòu)、拓展其功能應(yīng)用的關(guān)鍵手段之一。如何在實(shí)現(xiàn)有效摻雜的最大限度地保持石墨烯固有的高載流子遷移率，一直是該領(lǐng)域面臨的核心挑戰(zhàn)。遷移率是衡量材料導(dǎo)電能力的關(guān)鍵參數(shù)，高遷移率意味著電子在材料中運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的散射較少，從而能實(shí)現(xiàn)更快速、更高效的信號(hào)傳輸與處理。在納米尺度下，雜質(zhì)、缺陷以及界面等因素引入的散射機(jī)制會(huì)顯著降低遷移率，影響器件性能。

針對(duì)這一難題，兩個(gè)課題組充分發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢(shì)，形成了強(qiáng)有力的協(xié)同攻關(guān)團(tuán)隊(duì)。劉忠范課題組在高質(zhì)量石墨烯的可控制備與精準(zhǔn)摻雜方面擁有深厚積累，他們發(fā)展了一種新穎的合成策略，成功制備出了晶格質(zhì)量高、摻雜均勻且濃度可控的氮摻雜石墨烯樣品。這為后續(xù)的精密物性測(cè)量提供了近乎理想的研究對(duì)象。

基于這些優(yōu)質(zhì)材料，徐洪起課題組利用其先進(jìn)的極低溫強(qiáng)磁場(chǎng)量子輸運(yùn)測(cè)量平臺(tái)，對(duì)氮摻雜石墨烯的電子傳輸行為進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在特定摻雜構(gòu)型下，材料展現(xiàn)出了異常高的載流子遷移率。通過(guò)細(xì)致的數(shù)據(jù)分析與理論建模，研究團(tuán)隊(duì)揭示了其內(nèi)在物理機(jī)制：精準(zhǔn)的氮原子取代式摻雜在引入預(yù)期載流子的有效抑制了由電荷雜質(zhì)、晶格缺陷等引起的強(qiáng)散射中心，使得電子在輸運(yùn)過(guò)程中主要受限于聲子散射等本征機(jī)制，從而在宏觀上表現(xiàn)為極高的遷移率。這一發(fā)現(xiàn)澄清了以往研究中關(guān)于摻雜導(dǎo)致遷移率必然大幅下降的片面認(rèn)識(shí)。

更為重要的是，研究團(tuán)隊(duì)在極低溫條件下觀察到了清晰的量子振蕩現(xiàn)象（如Shubnikov-de Haas振蕩），這是電子在強(qiáng)磁場(chǎng)中呈現(xiàn)量子化行為的直接證據(jù)。通過(guò)對(duì)這些量子振蕩信號(hào)的分析，研究人員精確繪制了氮摻雜后石墨烯的費(fèi)米面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及能帶變化，從量子層面直觀揭示了摻雜對(duì)電子態(tài)的調(diào)制作用。這項(xiàng)研究將材料制備、物性測(cè)量與量子理論緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了從原子制造到宏觀量子現(xiàn)象觀測(cè)的全鏈條創(chuàng)新。

該項(xiàng)研究進(jìn)展屬于自然科學(xué)研究和試驗(yàn)發(fā)展領(lǐng)域的前沿探索，其成果已發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊。它標(biāo)志著我國(guó)在低維量子材料與器件物理研究方面邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。基于此類(lèi)高遷移率摻雜石墨烯，有望開(kāi)發(fā)出速度更快、能耗更低的新型量子晶體管、傳感器和互聯(lián)器件，為下一代信息技術(shù)的突破提供核心材料支撐。這一成功合作也充分體現(xiàn)了學(xué)科交叉在攻克重大科學(xué)難題中的巨大潛力，為高校科研團(tuán)隊(duì)協(xié)同創(chuàng)新提供了優(yōu)秀范例。