Graphene/hBN–based valley transistor: Dynamic control of valley current in synchronized nonzero voltages within the time-dependent regime
Notice bibliographique
Résumé
Graphene/hexagonal boron nitride (hBN) heterostructures represent a promising class of metal--insulator--semiconductor systems widely explored for multifunctional digital device applications. In this work, we demonstrate that graphene, when influenced by carrier-dependent trapping in the hBN spacer, triggered by a localized potential from Kelvin probe force microscopy (KPFM), can exhibit the behavior of a valley transistor under specific conditions. We employ a tight-binding model that self-consistently incorporates a Gaussian-shaped potential to represent the effect of the tip gate. Crucially, we show that the heterostructure can function as a field-effect transistor (FET), with its operation governed by the bias gate (which shifts the Fermi level) and the tip-induced potential (which breaks electron--hole symmetry by selectively trapping electron or hole quasiparticles). Our results reveal that, under specific conditions involving lattice geometry, pulse frequency, and gate voltages, the device exhibits valley transistor functionality. The valley current $({I}_{{K}_{1}=\ensuremath{-}K} \text{or} {I}_{{K}_{2}=+K})$ can be selectively controlled by synchronizing the frequencies and polarities of the tip and bias gate voltages. Notably, when both gates are driven with the same polarity, the graphene channel outputs a periodically modulated, pure valley-polarized current. This enables the device to switch between distinct ON/OFF valley current states even at finite bias. Interestingly, when the ${I}_{{K}_{1}=\ensuremath{-}K}$ current is in the ON (forward current) state, the ${I}_{{K}_{2}=+K}$ current is OFF. Reversing the gate polarity inverts this behavior: ${I}_{{K}_{1}=\ensuremath{-}K}$ becomes OFF, while ${I}_{{K}_{2}=+K}$) turns ON (reversed-current). These findings pave the way toward realizing low-voltage valley transistors within metal--insulator--semiconductor architectures, offering avenues for multifunctional applications in valleytronics and advanced gating technologies.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».