近日韓國浦項科技大學（POSTECH）物理學系 Gil-Ho Lee 教授與博士生 Hyeon-Woo Jeong 領導，聯合日本國立材料科學研究所（NIMS）Kenji Watanabe 博士和 Takashi Taniguchi 博士，共同揭示雙層石墨烯隱藏的邊緣電子傳輸通道和非局域傳輸機制，論文發表於《Nano Letters》期刊。
雙層石墨烯由兩層薄如鱗片的碳原子網格構成，獨特處在可用額外電場調控電子能帶間隙（band gap），精確控制電子運動。這特性使雙層石墨烯成為「谷電子學」（Valleytronics）：用電子在能量結構谷（valley）當成離散數據存儲單位，達成超越傳統電子學與自旋電子學處理速度的新潛力材料。
團隊探討所謂的「谷霍爾效應」（Valley Hall Effect，VHE），為描述電子如何沿著特定能量谷流動，在沒有直接電流通路的區域引發「非局域電阻」現象。雖然過往文獻將非局域電阻視為谷霍爾效應的證據，但也有部分學者提出，零件邊緣的不純物或製程可能同樣導致此現象，使谷霍爾效應真正來源成為學術爭議點。
為釐清真實機制，團隊用雙閘結構製作可精確調控能帶間隙的雙層石墨烯元件，並比較兩種邊緣處理方式：一種是自然形成的本徵邊緣，另一種則是反應性離子蝕刻（Reactive Ion Etching）加工的邊緣。實驗結果顯示，自然形成邊緣表現的非局域電阻與理論預測吻合，蝕刻加工邊緣電阻則超出預測值達百倍以上（見上圖）。這差異代表蝕刻製程於元件製作時引入額外導電通路，與谷霍爾效應無直接關聯，並可能是早期觀測到雙層石墨烯能帶間隙減少現象的重要解釋。
Hyeon-Woo Jeong 說：「元件製作不可或缺的蝕刻製程，對非局域傳輸的影響尚未獲足夠重視，我們研究重新審視此問題並提供重要線索，為未來谷電子學元件設計與開發奠定基礎。」不僅為解決谷霍爾效應爭議提供新視角，也為奈米電子學與次世代數據處理發展指明方向。
此次跨國合作研究獲韓國國家研究基金會、科學技術資訊通訊部、資訊通訊技術規劃評價院、空軍科學研究辦公室、基礎科學研究院、三星未來技術育成計劃、三星電子、日本學術振興會（JSPS KAKENHI）及世界先進國際研究中心計劃（WPI）等多家機構大力支持。
揭示雙層石墨烯邊緣傳輸機制，不僅深化學界對材料電子運動行為的認識，更在零件製作每個細節提醒工程師與學者重新審視製程，才能推動高效率與創新潛力的次世代電子元件研發。
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（首圖為石墨烯示意圖，來源：shutterstock）
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