Chiral tunnelling and the Klein paradox in graphene

物理 准粒子 石墨烯 电子 量子隧道 费米子 迪拉克费米子 齐特贝韦贡 无质量粒子 量子力学 双层石墨烯 量子 Dirac(视频压缩格式) 理论物理学 超导电性 中微子
作者
M. I. Katsnelson,Kostya S. Novoselov,A. K. Geǐm
出处
期刊:Nature Physics [Springer Nature]
卷期号:2 (9): 620-625 被引量:3738
标识
DOI:10.1038/nphys384
摘要

The so-called Klein paradox—unimpeded penetration of relativistic particles through high and wide potential barriers—is one of the most exotic and counterintuitive consequences of quantum electrodynamics. The phenomenon is discussed in many contexts in particle, nuclear and astro-physics but direct tests of the Klein paradox using elementary particles have so far proved impossible. Here we show that the effect can be tested in a conceptually simple condensed-matter experiment using electrostatic barriers in single- and bi-layer graphene. Owing to the chiral nature of their quasiparticles, quantum tunnelling in these materials becomes highly anisotropic, qualitatively different from the case of normal, non-relativistic electrons. Massless Dirac fermions in graphene allow a close realization of Klein’s gedanken experiment, whereas massive chiral fermions in bilayer graphene offer an interesting complementary system that elucidates the basic physics involved.

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