能斯特效应是一种横向热电现象，因其在能量转换、热电学和自旋电子学中的潜力而备受关注。然而，在低温下实现高性能和多功能性仍然难以实现。在这里，我们通过在场效应几何中将石墨烯的电特性与硒化铟的半导体特性相结合，展示了一种大型且电可调的能斯特效应。我们的研究结果为探索和操纵这种热电效应建立了一个新平台，展示了第一个开/关比为 103 的电可调性。此外，光电压测量显示，与单个组件相比，石墨烯/硒化铟异质结构中的光能斯特信号更强。值得注意的是，我们在超低温和低磁场下观察到创纪录的 66.4 μV K-1 T-1 能斯特系数，这是迈向量子信息和低温突发现象应用的重要一步。 
 
图 1. a、设备示意图表示完全封装的几层 InSe 通道，带有石墨烯电极。其中一个电极的两侧都与金触点接触，以测量受 InSe 影响的石墨烯。除非另有说明，否则扫描光电流图是在 100 mK、50 µW 激光功率和 1 T 面外磁场下进行的。b、典型的几层 InSe 器件（在本例中为 3L InSe）的电子传输特性，在 50 mV 偏压的低温下进行。c、带有石墨烯电极的 3L InSe 器件的光学显微照片。在石墨烯上测量的 1 T 光能斯特效应的示例测量结果与感兴趣的区域重叠。d、当照明仅在石墨烯（深黄色）和 Gr/InSe（深红色）上时，能斯特效应的线性磁场依赖性。插图显示了 Nernst 效应对 Gr 的功率依赖性以及相反磁场的符号变化，证实了该效应的起源为光诱导 Nernst 效应 (PNE)。 
 
图 2. a、用激光功率对 3L InSe/Gr 异质结构 (深红色) 进行测量，将能斯特效应强度归一化为栅极电压的函数。裸石墨烯的能斯特效应作为比较 (蓝色) 示出，为清晰起见进行了偏移。b、以对数刻度绘制的异质结构的能斯特效应强度，以突出显示相当大的开/关比。通过改变设备内的载流子密度可以打开或关闭该效应。灰色虚线表示 n 型传导的开始，类似于 a。c、通过 Mott 关系计算出的塞贝克系数作为栅极电压的函数，显示为 300 K (黄色) 和 100 mK (红色)。垂直灰色虚线表示设备的关闭状态，其中塞贝克系数无法定义，因为设备的电阻很高，与仪器的输入阻抗相当38。 d，Gr/InSe 异质结构中的栅极可调能斯特系数。该图表示由于 β导致的真实值的下限。误差线反映了温度测定中存在的误差。
 
 
图3. a、设备示意图，显示 Gr/5L-InSe 异质结构的照明和 InSe 通道上的电检测。b、与扫描光电压图同时测量的感兴趣区域的激光反射图。通过此测量，我们可以将激光的位置与观察到的信号关联起来。选择用于记录石墨烯和 Gr/InSe 异质结构上的能斯特效应信号的位置分别标记为位置 1 和 2。c、通过改变磁场并在位置 1 和 2 下在 50 µW 激光照射和 Vg = 0 V 下记录能斯特效应信号，分别照射在石墨烯电极和异质结构上。裸露的石墨烯信号以蓝色显示，乘以 10 以更好地突出显示两条曲线之间的斜率差异。测量是在没有施加任何偏置的情况下进行的，因为它会掩盖能斯特效应，从而在图片中引起其他光电压机制。 d、扫描光电压图显示在施加的平面外电场为 –1 T 时测量到的整个器件的光电压。此处的温度梯度沿着石墨烯电极的方向，与磁场和测量电位正交。e、f、显示的 0 T（e）和 1 T（f）的扫描光电压图。b、d-f 中的矩形表示石墨烯接触。
 
 
图 4. a，最近在参考文献中分别报道的基于 InSe 的器件的场效应两端电子迁移率和开/关比的基准测试。每个点都以 InSe 通道的厚度标记。本研究中测量的值指的是横向电子传输，并用红色星号表示，显示开/关比和场效应迁移率都有显着改善。b，不同材料5、11、12、14、18、41、60、61、62 和几何形状63、64 的低温能斯特系数值。特别是，铋显示为黄色方块，因为据我们所知，它具有迄今为止报道的最佳性能。本研究中测量的值显示为红色星号。红色箭头表示在改变栅极电压时，在 InSe 附近测量的石墨烯能斯特系数的可调性，优于铋。所有从文献中获取的值均在 1 T 下显示，以便进行有意义的比较，因为这些材料中的大多数在不同范围的磁场下都具有较高的能斯特值。
  
        相关科研成果由洛桑联邦理工学院Andras Kis等人于2024年发表在Nature Nanotechnology（https://doi.org/10.1038/s41565-024-01717-y）上。原文： Electrically tunable giant Nernst effect in two-dimensional van der Waals heterostructures
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41565-024-01717-y

转自《石墨烯研究》公众号