Fejljusteringer i indkapslet grafen fører til kraftig modifikation af elektroniske egenskaber

Forskere ved universitetet i Antwerpen rapporterer, hvordan periodiske moduleringer af højere orden kaldet supermoiré forårsaget af indkapsling af grafen mellem hexagonal bornitrid påvirker grafens elektroniske og strukturelle egenskaber, som afsløret i tre nylige uafhængige forsøg.

Grafenprøver af høj kvalitet er af stor betydning for at opnå og udnytte dets teoretisk beskrevne egenskaber. Brug af et passende substrat reducerer korrugeringen og forbedrer ellers uordensbegrænsede egenskaber af grafen. Hexagonal bornitrid (hBN) er et særligt godt valg, da det perfekt bevarer grafenstrukturen, samtidig med at det giver en flad isolerende overflade.

Stadig, dette gælder kun, hvis de to monolag er forkert justeret. Ellers, van der Waals-interaktionen inducerer strukturel afslapning på skalaen af ​​moiré-mønsteret dannet mellem de to lag og modificerer de elektroniske egenskaber på grund af den periodiske moiré-forstyrrelse. Lignende argumenter gælder, hvis grafen er indkapslet og tæt på linje med to hBN-lag. I dette tilfælde, effekten forstærkes, da begge lag forventes at bidrage. Desuden, tæt justering i størrelsesordenen 0,5 grader mellem lagene er ansvarlig for fremkomsten af ​​en ny form for periodisk supermoiré -modulering, som ændrer grafen på en større rumlig skala, men mindre energiskala. Nylige eksperimentelle observationer af sådanne effekter er en konsekvens af betydelige forbedringer i eksperimentelle manipulationsteknikker, og blandt andre muligheden for at rotere individuelle lag med høj præcision (Wang et al. 2019a; Wang et al. 2019b; Finney et al. 2019).

I deres papir offentliggjort den 21. januar i Nano bogstaver , Anđelković et al. afsløre, under hvilke forhold supermoiré-effekten optræder, og hvordan det ændrer grafens strukturelle og elektroniske egenskaber. De viser, startende fra en stiv hBN/grafen/hBN heterostruktur, hvordan supermoiréen fremstår som en simpel geometrisk betragtning. Desuden, de beviser, at afslapningseffekter i de tre lag forventes at forstærke virkningerne på den elektroniske båndstruktur. De supermoiré-inducerede modifikationer er væsentlige:Nye, lavenergi, flade underbånd og Dirac-punkter vises, med en stærk effekt på elektroniske transportegenskaber. I de fleste konfigurationer, Dirac -punkterne er gappet, mens flade bånd forventes at forbedre elektron-elektron-korrelationer. "Disse nye snoede frihedsgrader i heterostrukturer åbner op for nye grundlæggende forskningsretninger inden for grafen, hvor stærke elektroniske korrelationer forventes at komplementere grafens allerede superlative egenskaber, '' sagde Dr. Lucian Covaci.

"Sættet af multi-skala numeriske simuleringer udviklet af University of Antwerpen team giver mulighed for mere realistiske modeller, hvilket igen vil give mulighed for en mere direkte sammenligning med eksperimentelle observationer, '' sagde Dr. Miša Anđelković, en medudvikler af Pybinding, den stramtbindende open source-software, der gjorde simuleringerne mulige.

Med et nyt lys belyst forståelsen af ​​mere komplekse og forstyrrende adfærd hos van der Waals heterostrukturer er det muligt at finjustere grafens elektroniske egenskaber og nå til regimer, hvor twist -inducerede fænomener, såsom flade bånd eller udseendet af mini-gab, afsløre sig mere tydeligt.