上海微系統所製備出小扭轉角度雙層石墨烯

2020-11-26 石墨烯聯盟

近年隨著扭轉角在魔角範圍（~1.1°）的雙層石墨烯中新奇量子現象的發現，扭轉雙層石墨烯的研究愈發受到關注。因此，催生了新的研究領域——twistronics。常規雙層石墨烯是通過AB堆垛形成的穩定結構，而對於扭轉雙層石墨烯，其表面會展現出摩爾條紋超晶格，且該超晶格周期與雙層石墨烯能帶結構會隨著扭轉角度的變化而改變。目前，實驗室小扭轉角雙層石墨烯多是通過微機械剝離法與手工堆垛方法製備，如何通過生長的方法直接製備小扭轉角雙層石墨烯是當前需要解決的重要課題。

近日，中國科學院上海微系統與信息技術研究所研究員王浩敏課題組與清華大學教授李群仰團隊合作，首次報導了在六角氮化硼（h-BN）表面通過化學氣相沉積法製備具有不同扭轉角的雙層石墨烯研究工作，並發現小扭轉角雙層石墨烯的局域原子重構對其垂直電導的影響。11月20日，相關研究成果以Abnormal conductivity in low-angle twisted bilayer graphene為題，在線發表在《科學進展》上（Science Advances, 6, eabc5555, 2020）。

上海微系統所課題組提出了通過非平衡化學氣相沉積法在h-BN表面製備不同扭轉角度雙層石墨烯的新方法：通過在h-BN表面首先製備單層多晶石墨烯薄膜，之後在其表面進行石墨烯單晶疇生長，最終實現h-BN表面具有不同扭轉角度的雙層石墨烯製備。研究人員與李群仰教授課題組合作，採用導電原子力顯微鏡（C-AFM）測量對比了不同扭轉角度雙層石墨烯垂直電導情況，發現小扭轉角雙層石墨烯中垂直電導的反常角度依賴性。科研人員與北京科技大學高磊副教授課題組合作，藉助原子級界面接觸質量模型、密度泛函理論計算和掃描隧道顯微鏡的高分辨表徵，進一步揭示小扭轉角下的反常電導行為源於雙層石墨烯的局部原子重構導致的平均載流子濃度的降低。該研究首次揭示範德華材料中原子級重構對垂直電導率的貢獻，為理解小扭轉角範德華材料獨特的物理行為提供了指導，也為設計和優化二維材料的電學性能提供了新思路。

清華大學博士生張帥、宋愛生與上海微系統所陳令修博士為論文的共同第一作者，清華大學教授李群仰、上海微系統所研究員王浩敏和北京科技大學副教授高磊為論文通訊作者。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項（B類）計劃和上海市科委基金的資助。

論文連結

圖1.h-BN表面扭轉雙層石墨烯製備工藝示意圖

圖2.h-BN表面扭轉雙層石墨烯示意圖與C-AFM電流掃描圖像

來源：中國科學院

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