信息學院徐洪起教授課題組與化學學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特性研究領(lǐng)域取得了重要進展。這一成果是材料科學、凝聚態(tài)物理與信息電子學交叉融合的典范，不僅深化了對低維材料電子行為的理解，也為未來高性能納米電子器件的設(shè)計與應用奠定了堅實的科學基礎(chǔ)。

氮摻雜是調(diào)控石墨烯電子結(jié)構(gòu)、拓展其功能應用的關(guān)鍵手段之一。如何在實現(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電能力的關(guān)鍵參數(shù)，高遷移率意味著電子在材料中運動時受到的散射較少，從而能實現(xiàn)更快速、更高效的信號傳輸與處理。在納米尺度下，雜質(zhì)、缺陷以及界面等因素引入的散射機制會顯著降低遷移率，影響器件性能。

針對這一難題，兩個課題組充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，形成了強有力的協(xié)同攻關(guān)團隊。劉忠范課題組在高質(zhì)量石墨烯的可控制備與精準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)的精密物性測量提供了近乎理想的研究對象。

基于這些優(yōu)質(zhì)材料，徐洪起課題組利用其先進的極低溫強磁場量子輸運測量平臺，對氮摻雜石墨烯的電子傳輸行為進行了系統(tǒng)深入的研究。實驗發(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。通過細致的數(shù)據(jù)分析與理論建模，研究團隊揭示了其內(nèi)在物理機制：精準的氮原子取代式摻雜在引入預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散射中心，使得電子在輸運過程中主要受限于聲子散射等本征機制，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)于摻雜導致遷移率必然大幅下降的片面認識。

更為重要的是，研究團隊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），這是電子在強磁場中呈現(xiàn)量子化行為的直接證據(jù)。通過對這些量子振蕩信號的分析，研究人員精確繪制了氮摻雜后石墨烯的費米面拓撲結(jié)構(gòu)及能帶變化，從量子層面直觀揭示了摻雜對電子態(tài)的調(diào)制作用。這項研究將材料制備、物性測量與量子理論緊密結(jié)合，實現(xiàn)了從原子制造到宏觀量子現(xiàn)象觀測的全鏈條創(chuàng)新。

該項研究進展屬于自然科學研究和試驗發(fā)展領(lǐng)域的前沿探索，其成果已發(fā)表于國際頂級學術(shù)期刊。它標志著我國在低維量子材料與器件物理研究方面邁出了堅實的一步。基于此類高遷移率摻雜石墨烯，有望開發(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)了學科交叉在攻克重大科學難題中的巨大潛力，為高校科研團隊協(xié)同創(chuàng)新提供了優(yōu)秀范例。