In the last decade, quantum resistance metrology has benefited from the application of graphene as the base material for the fabrication of quantum Hall (QH) resistance standards since it allows for the realization of the resistance unit ohm in the revised International System of Units under relaxed experimental conditions. Here, we present a detailed magnetotransport investigation of p-type epitaxial graphene, which was doped by the molecular acceptor F4-TCNQ. High-accuracy measurements of the QH resistance show an excellent quantization and a reproduction of the nominal value, the half of the von Klitzing constant RK/2, within 2 nΩ/Ω. It underlines the universality of the QH effect and shows that p-type epitaxial graphene can also serve as the basis for future resistance standards for operation at relaxed experimental conditions. For the p-type devices, the onset of the QH plateau is observed at about 1 T higher magnetic fields, which can be attributed to an additional disorder or a non-symmetric charge transfer mechanism in the QH regime.
REFERENCES
1.
K. V.
Klitzing
,
G.
Dorda
, and
M.
Pepper
, Phys. Rev. Lett.
45
, 494
(1980
).2.
G.
Landwehr
, Physica E
20
, 1
(2003
).3.
K.
von Klitzing
, “25 years of quantum Hall effect (QHE) a personal view on the discovery, physics and applications of this quantum effect,” in The Quantum Hall Effect
, Progress in Mathematical Physics Vol. 45, edited by B. Douçot, V. Pasquier, B. Duplantier, and V. Rivasseau (Birkhäuser
, Basel
, 2005
).4.
M.
Stock
,
R.
Davis
,
E.
De Mirandés
, and
M. J. T.
Milton
, Metrologia
56
, 022001
(2019
).5.
W.
Poirier
,
S.
Djordjevic
,
F.
Schopfer
, and
O.
Thévenot
, C. R. Phys.
20
, 92
(2019
).6.
Bureau International des Poids et Mesures
, in Proceedings of the 26th Conférence Générale Des Poids et Mesures (CGPN),
2018
.7.
SI Brochure
, The International System of Units (SI)
, 9th ed., Vol.
9
(
SI Brochure
, 2022
).8.
D. C.
Tsui
and
A. C.
Gossard
, Appl. Phys. Lett.
38
, 550
(1981
).9.
M. K. A.
Tsukazaki
,
A.
Ohtomo
,
T.
Kita
,
Y.
Ohno
, and
H.
Ohno
, Science
315
, 1388
(2007
).10.
D. C.
Tsui
,
H. L.
Stormer
, and
A. C.
Gossard
, Phys. Rev. Lett.
48
, 1559
(1982
).11.
J. K.
Jain
, Phys. Rev. Lett.
63
, 199
(1989
).12.
F. J.
Ahlers
,
M.
Götz
, and
K.
Pierz
, Metrologia
54
, 516
(2017
).13.
K. S.
Novoselov
,
A. K.
Geim
,
S. V.
Morozov
,
D.
Jiang
,
Y.
Zhang
,
S. V.
Dubonos
,
I. V.
Grigorieva
, and
A. A.
Firsov
, Science
306
, 666
(2004
).14.
C.
Berger
,
Z.
Song
,
T.
Li
,
X.
Li
,
A. Y.
Ogbazghi
,
R.
Feng
,
Z.
Dai
,
A. N.
Marchenkov
,
E. H.
Conrad
,
P. N.
First
, and
W. A.
de Heer
, J. Phys. Chem. B
108
, 19912
(2004
).15.
A.
Geim
and
K.
Novoselov
, “The rise of graphene,” Nat. Mater.
6
, 183
–191
(2007
).16.
K. S.
Novoselov
,
Z.
Jiang
,
Y.
Zhang
,
S. V.
Morozov
,
H. L.
Stormer
,
U.
Zeitler
,
J. C.
Maan
,
G. S.
Boebinger
,
P.
Kim
, and
A. K.
Geim
, Science
315
, 1379
(2007
).17.
A.
Tzalenchuk
,
S.
Lara-Avila
,
A.
Kalaboukhov
,
S.
Paolillo
,
M.
Syväjärvi
,
R.
Yakimova
,
O.
Kazakova
,
T. J. B. M.
Janssen
,
V.
Fal'Ko
, and
S.
Kubatkin
, Nat. Nanotechnol.
5
, 186
(2010
).18.
F.
Lafont
,
R.
Ribeiro-Palau
,
D.
Kazazis
,
A.
Michon
,
O.
Couturaud
,
C.
Consejo
,
T.
Chassagne
,
M.
Zielinski
,
M.
Portail
,
B.
Jouault
,
F.
Schopfer
, and
W.
Poirier
, Nat. Commun.
6
, 6806
(2015
).19.
T. J. B. M.
Janssen
,
A.
Tzalenchuk
,
S.
Lara-Avila
,
S.
Kubatkin
, and
V. I.
Fal'Ko
, Rep. Prog. Phys.
76
, 104501
(2013
).20.
M. A.
Real
,
E. A.
Lass
,
F. H.
Liu
,
T.
Shen
,
G. R.
Jones
,
J. A.
Soons
,
D. B.
Newell
,
A. V.
Davydov
, and
R. E.
Elmquist
, IEEE Trans. Instrum. Meas.
62
, 1454
(2013
).21.
A. J. M.
Giesbers
,
G.
Rietveld
,
E.
Houtzager
,
U.
Zeitler
,
R.
Yang
,
K. S.
Novoselov
,
A. K.
Geim
, and
J. C.
Maan
, Appl. Phys. Lett.
93
(2
), 222109
(2008
).22.
M.
Woszczyna
,
M.
Friedemann
,
M.
Götz
,
E.
Pesel
,
K.
Pierz
,
T.
Weimann
, and
F. J.
Ahlers
, Appl. Phys. Lett.
100
(16
), 164106
(2012
).23.
A.
Satrapinski
,
S.
Novikov
, and
N.
Lebedeva
, Appl. Phys. Lett.
103
, 173509
(2013
).24.
R.
Ribeiro-Palau
,
F.
Lafont
,
J.
Brun-Picard
,
D.
Kazazis
,
A.
Michon
,
F.
Cheynis
,
O.
Couturaud
,
C.
Consejo
,
B.
Jouault
,
W.
Poirier
, and
F.
Schopfer
, Nat. Nanotechnol.
10
, 965
(2015
).25.
Y.
Yin
,
A.
Chatterjee
,
D.
Momeni
,
M.
Kruskopf
,
M.
Götz
,
S.
Wundrack
,
F.
Hohls
,
K.
Pierz
, and
H. W.
Schumacher
, Adv. Phys. Res.
1
, 2200015
(2022
).26.
A.
Chatterjee
,
M.
Kruskopf
,
M.
Götz
,
Y.
Yin
,
E.
Pesel
,
P.
Gournay
,
B.
Rolland
,
J.
Kučera
,
S.
Bauer
,
K.
Pierz
,
B.
Schumacher
, and
H.
Scherer
, IEEE Trans. Instrum. Meas.
72
, 1
(2023
).27.
T. J. B. M.
Janssen
,
A.
Tzalenchuk
,
R.
Yakimova
,
S.
Kubatkin
,
S.
Lara-Avila
,
S.
Kopylov
, and
V. I.
Fal'ko
, Phys. Rev. B
83
, 233402
(2011
).28.
K. V.
Emtsev
,
A.
Bostwick
,
K.
Horn
,
J.
Jobst
,
G. L.
Kellogg
,
L.
Ley
,
J. L.
McChesney
,
T.
Ohta
,
S. A.
Reshanov
,
J.
Röhrl
,
E.
Rotenberg
,
A. K.
Schmid
,
D.
Waldmann
,
H. B.
Weber
, and
T.
Seyller
, Nat. Mater.
8
, 203
(2009
).29.
J.
Ristein
,
S.
Mammadov
, and
T.
Seyller
, Phys. Rev. Lett.
108
, 246104
(2012
).30.
H.
He
,
K. H.
Kim
,
A.
Danilov
,
D.
Montemurro
,
L.
Yu
,
Y. W.
Park
,
F.
Lombardi
,
T.
Bauch
,
K.
Moth-Poulsen
,
T.
Iakimov
,
R.
Yakimova
,
P.
Malmberg
,
C.
Müller
,
S.
Kubatkin
, and
S.
Lara-Avila
, Nat. Commun.
9
, 3956
(2018
).31.
D.-H.
Chae
,
M.
Kruskopf
,
J.
Kučera
,
J.
Park
,
Y.
Yin
,
P.
Svoboda
,
P.
Chrobok
,
F.
Couëdo
,
N. T. M.
Tran
,
D. B.
Kim
,
K.
Pierz
,
M.
Goetz
, and
F.
Schopfer
, Meas. Sci. Technol.
33
, 065012
(2022
).32.
W.
Chen
,
S.
Chen
,
D. C.
Qi
,
X. Y.
Gao
, and
A. T. S.
Wee
, J. Am. Chem. Soc.
129
, 10418
(2007
).33.
A.
Chatterjee
,
M.
Kruskopf
,
S.
Wundrack
,
P.
Hinze
,
K.
Pierz
,
R.
Stosch
, and
H.
Scherer
, ACS Appl. Electron. Mater.
4
, 5317
(2022
).34.
M.
Kruskopf
,
D. M.
Pakdehi
,
K.
Pierz
,
S.
Wundrack
,
R.
Stosch
,
T.
Dziomba
,
M.
Götz
,
J.
Baringhaus
,
J.
Aprojanz
,
C.
Tegenkamp
,
J.
Lidzba
,
T.
Seyller
,
F.
Hohls
,
F. J.
Ahlers
, and
H. W.
Schumacher
, 2D Mater.
3
, 041002
(2016
).35.
D.
Momeni Pakdehi
,
K.
Pierz
,
S.
Wundrack
,
J.
Aprojanz
,
T. T. N.
Nguyen
,
T.
Dziomba
,
F.
Hohls
,
A.
Bakin
,
R.
Stosch
,
C.
Tegenkamp
,
F. J.
Ahlers
, and
H. W.
Schumacher
, ACS Appl. Nano Mater.
2
, 844
(2019
).36.
C.
Coletti
,
C.
Riedl
,
D. S.
Lee
,
B.
Krauss
,
L.
Patthey
,
K.
Von Klitzing
,
J. H.
Smet
, and
U.
Starke
, Phys. Rev. B
81
, 235401
(2010
).37.
J. T.
Sun
,
Y. H.
Lu
,
W.
Chen
,
Y. P.
Feng
, and
A. T. S.
Wee
, Phys. Rev. B
81
, 155403
(2010
).38.
A. M. R.
Baker
,
J. A.
Alexander-Webber
,
T.
Altebaeumer
,
T. J. B. M.
Janssen
,
A.
Tzalenchuk
,
S.
Lara-Avila
,
S.
Kubatkin
,
R.
Yakimova
,
C.-T.
Lin
,
L.-J.
Li
, and
R. J.
Nicholas
, Phys. Rev. B
86
, 235441
(2012
).39.
M.
Goetz
,
D.
Drung
,
E.
Pesel
,
H. J.
Barthelmess
,
C.
Hinnrichs
,
C.
Abmann
,
M.
Peters
,
H.
Scherer
,
B.
Schumacher
, and
T.
Schurig
, IEEE Trans. Instrum. Meas.
58
, 1176
(2009
).40.
K.
Pierz
,
M.
Gotz
,
E.
Pesel
,
F.-J.
Ahlers
, and
H. W.
Schumacher
, IEEE Trans. Instrum. Meas.
60
, 2455
(2011
).41.
F.
Delahaye
and
B.
Jeckelmann
, Metrologia
40
, 217
(2003
).42.
F.
Schopfer
and
W.
Poirier
, J. Appl. Phys.
114
, 064508
(2013
).43.
H.
He
,
S.
Lara-Avila
,
K. H.
Kim
,
N.
Fletcher
,
S.
Rozhko
,
T.
Bergsten
,
G.
Eklund
,
K.
Cedergren
,
R.
Yakimova
,
Y. W.
Park
,
A.
Tzalenchuk
, and
S.
Kubatkin
, Metrologia
56
, 045004
(2019
).44.
J. A.
Alexander-Webber
,
J.
Huang
,
D. K.
Maude
,
T. J. B. M.
Janssen
,
A.
Tzalenchuk
,
V.
Antonov
,
T.
Yager
,
S.
Lara-Avila
,
S.
Kubatkin
,
R.
Yakimova
, and
R. J.
Nicholas
, Sci. Rep.
6
, 30296
(2016
).45.
S. V.
Kopylov
,
A.
Tzalenchuk
,
S.
Kubatkin
, and
V. I.
Fal'Ko
, Appl. Phys. Lett.
97
(2
), 112109
(2010
).46.
S.
Lara-Avila
,
A.
Tzalenchuk
,
S.
Kubatkin
,
R.
Yakimova
,
T. J. B. M.
Janssen
,
K.
Cedergren
,
T.
Bergsten
, and
V.
Fal'ko
, Phys. Rev. Lett.
107
, 166602
(2011
).47.
X.
Wan
,
X.
Fan
,
C.
Zhai
,
Z.
Yang
,
L.
Hao
,
L.
Li
,
Y.
Lu
, and
C.
Zeng
, Chin. Phys. Lett.
40
, 107201
(2023
).48.
D. S.
Novikov
, Phys. Rev. B
76
, 245435
(2007
).49.
J.
Chen
,
C.
Jang
,
S.
Adam
,
M. S.
Fuhrer
,
E. D.
Williams
, and
M.
Ishigami
, Nature Physics
4
, 377
(2008
).50.
E. H.
Hwang
,
S.
Adam
, and
S.
Das Sarma
, Phys. Rev. B
76
, 195421
(2007
).51.
E. H.
Hwang
,
S.
Adam
, and
S.
Das Sarma
, Phys. Rev. Lett.
98
(2
), 186806
(2007
).52.
C. R.
Dean
,
A. F.
Young
,
I.
Meric
,
C.
Lee
,
L.
Wang
,
S.
Sorgenfrei
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
P.
Kim
,
K. L.
Shepard
, and
J.
Hone
, Nat. Nanotechnol.
5
, 722
(2010
).© 2024 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2024
Author(s)
You do not currently have access to this content.
