角落雙層石墨烯因其在角落周圍呈現(xiàn)出一系列新穎而強烈的相關(guān)現(xiàn)象而備受關(guān)注，如超導(dǎo)、莫特絕緣、磁性等。其核心物理來源于費米能附近的平帶電子結(jié)構(gòu)。因此，對角落系統(tǒng)平帶電子結(jié)構(gòu)的檢測和調(diào)節(jié)是了解角落系統(tǒng)相關(guān)物理的關(guān)鍵。

近日，清華大學(xué)周樹云研究組在《自然材料》報道角落雙層石墨烯的平帶電子結(jié)構(gòu)隨著角落的演變而發(fā)展起來。近日，他們進一步將平帶研究擴展到角落單-雙層石墨烯，由單層石墨烯和雙層石墨烯堆疊而成。通過對原點柵極電壓的調(diào)節(jié)，首次揭示了角落單-雙層石墨烯中外電場方向?qū)ζ綆щ娮咏Y(jié)構(gòu)的雙向選擇性調(diào)節(jié)。也就是說，通過改變電場方向，使平帶電子結(jié)構(gòu)更能體現(xiàn)單層和雙層石墨烯的特性。

這項研究工作是“Observation of dichotomic field-tunable electronic structure in twisted monolayer-bilayer graphene"(轉(zhuǎn)角單-雙層石墨烯中的電子結(jié)構(gòu)隨著外場的雙向演變)《Nature Communications》。

角落石墨烯系統(tǒng)中，角落單-雙層石墨烯因破壞了垂直于界面角度的反演對稱而具有獨特的特性。例如，研究人員通過對角度列表-雙層石墨烯施加垂直于外部角度的電場，通過輸送測量觀察角度列表-雙層石墨烯中的相關(guān)態(tài)相圖，隨著電場的不對稱演變。在這個系統(tǒng)中，外電場對平帶電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控是其基本物理，因此在施加原點電場的情況下，檢測其平帶電子結(jié)構(gòu)的演變對于實現(xiàn)豐富的物理調(diào)控具有重要意義。

/ 圖文導(dǎo)讀 /

圖1. 轉(zhuǎn)角單-雙石墨烯中電子結(jié)構(gòu)的雙向調(diào)節(jié)作用。

圖2. 2.2° 在tMBG中，費米面拓撲與單層和雙層石墨烯并存。

圖3. 在-20 V至30 通過K1和K2檢測到的V偏壓電壓散射圖像概述。

圖4. 理論上，場可調(diào)電子結(jié)構(gòu)和正負偏壓下層可以區(qū)分能量等高線。

/ 總結(jié)展望 /

通過巧妙改進角石墨烯系統(tǒng)的樣品制備方法，周樹云研究組成功獲得了高質(zhì)量的角單-雙層石墨烯樣品，可原點施加?xùn)艠O電壓，并結(jié)合具有百納米空間分辨率的角度識別光電子能譜(NanoARPES) 和原子力顯微鏡(AFM)這兩種互補實驗技術(shù)，直接揭示了其費米能處清晰的平帶電子結(jié)構(gòu)，并且發(fā)現(xiàn)其帶寬與系統(tǒng)中庫倫的相互作用大小相同，證明該系統(tǒng)具有較強的電子-電子相互作用。

更為有趣的是，在原點施加?xùn)艠O電壓時，轉(zhuǎn)角單-雙層石墨烯的電子結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了兩種顯著的隨電場演變效應(yīng)：

1、選擇性增強來自單層、雙層石墨烯奉獻部分的譜重強度(ARPES信號強度)；

2、在負向或正向電壓下，費米能處平帶電子結(jié)構(gòu)變平或散射更強，體現(xiàn)了兩層和單層石墨烯的特性。

周樹云研究組及其合作伙伴通過結(jié)合試驗測量結(jié)果和理論計算，揭示了轉(zhuǎn)角單-雙層石墨烯在外加電場下的譜重和平帶散射的依賴結(jié)果，這是由于電荷在固層上的再次分布造成的。

為了了解角落系統(tǒng)中電子結(jié)構(gòu)與外場進化的基本規(guī)律，這些研究結(jié)果提供了重要的電子能譜測試信息。

原文：DOI：10.1038/s41467-024-48166-8

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原題：《復(fù)材資訊》轉(zhuǎn)角單-雙層石墨烯中電子結(jié)構(gòu)與外場雙向演變》

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