上海微系統(tǒng)所制備出小扭轉(zhuǎn)角度雙層石墨烯
近年隨著扭轉(zhuǎn)角在魔角范圍(~1.1°)的雙層石墨烯中新奇量子現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯的研究愈發(fā)受到關(guān)注。因此,催生了新的研究領(lǐng)域——twistronics。常規(guī)雙層石墨烯是通過(guò)AB堆垛形成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),而對(duì)于扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯,其表面會(huì)展現(xiàn)出摩爾條紋超晶格,且該超晶格周期與雙層石墨烯能帶結(jié)構(gòu)會(huì)隨著扭轉(zhuǎn)角度的變化而改變。目前,實(shí)驗(yàn)室小扭轉(zhuǎn)角雙層石墨烯多是通過(guò)微機(jī)械剝離法與手工堆垛方法制備,如何通過(guò)生長(zhǎng)的方法直接制備小扭轉(zhuǎn)角雙層石墨烯是當(dāng)前需要解決的重要課題。 近日,中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員王浩敏課題組與清華大學(xué)教授李群仰團(tuán)隊(duì)合作,首次報(bào)道了在六角氮化硼(h-BN)表面通過(guò)化學(xué)氣相沉積法制備具有不同扭轉(zhuǎn)角的雙層石墨烯研究工作,并發(fā)現(xiàn)小扭轉(zhuǎn)角雙層石墨烯的局域原子重構(gòu)對(duì)其垂直電導(dǎo)的影響。11月20日,相關(guān)研究成果以Abnormal conductivity in low-angle twisted bilayer graphene為題,在線發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上(Science Advances, 6, eabc5555, 2020)。 上海微系統(tǒng)所課題組提出了通過(guò)非平衡化學(xué)氣相沉積法在h-BN表面制備不同扭轉(zhuǎn)角度雙層石墨烯的新方法:通過(guò)在h-BN表面首先制備單層多晶石墨烯薄膜,之后在其表面進(jìn)行石墨烯單晶疇生長(zhǎng),最終實(shí)現(xiàn)h-BN表面具有不同扭轉(zhuǎn)角度的雙層石墨烯制備。研究人員與李群仰教授課題組合作,采用導(dǎo)電原子力顯微鏡(C-AFM)測(cè)量對(duì)比了不同扭轉(zhuǎn)角度雙層石墨烯垂直電導(dǎo)情況,發(fā)現(xiàn)小扭轉(zhuǎn)角雙層石墨烯中垂直電導(dǎo)的反常角度依賴性?蒲腥藛T與北京科技大學(xué)高磊副教授課題組合作,借助原子級(jí)界面接觸質(zhì)量模型、密度泛函理論計(jì)算和掃描隧道顯微鏡的高分辨表征,進(jìn)一步揭示小扭轉(zhuǎn)角下的反常電導(dǎo)行為源于雙層石墨烯的局部原子重構(gòu)導(dǎo)致的平均載流子濃度的降低。該研究首次揭示范德華材料中原子級(jí)重構(gòu)對(duì)垂直電導(dǎo)率的貢獻(xiàn),為理解小扭轉(zhuǎn)角范德華材料獨(dú)特的物理行為提供了指導(dǎo),也為設(shè)計(jì)和優(yōu)化二維材料的電學(xué)性能提供了新思路。 圖1.h-BN表面扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯制備工藝示意圖 |