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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)雙層石墨烯的研究受到越來越多的關(guān)注。因此，催生了一個新的研究領(lǐng)域—twistronics。常規(guī)雙層石墨烯是通過AB堆垛形成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而對于扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯，其表面會展現(xiàn)出摩爾條紋超晶格，并且該超晶格周期與雙層石墨烯能帶結(jié)構(gòu)會隨著扭轉(zhuǎn)角度的變化而改變。目前的實驗室小扭轉(zhuǎn)角雙層石墨烯多是通過微機械剝離法與手工堆垛方法制備，如何通過生長的方法直接制備小扭轉(zhuǎn)角雙層石墨烯是當前需要解決的重要課題。 

　　圖1、h-BN表面扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯制備工藝示意圖 

　　近日，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所王浩敏研究員課題組與清華大學李群仰教授團隊合作首次報道了在六角氮化硼(h-BN)表面通過化學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)對其垂直電導的影響。相關(guān)研究成果“Abnormal conductivity in low-angle twisted bilayer graphene”于11月20日在線發(fā)表于著名期刊《科學進展》上（Science Advances, 6, eabc5555, 2020）。 

　　上海微系統(tǒng)所課題組提出了通過非平衡化學氣相沉積法在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，之后在其表面進行石墨烯單晶疇生長，最終實現(xiàn)了h-BN表面具有不同扭轉(zhuǎn)角度的雙層石墨烯制備。通過與李群仰教授課題組合作采用導電原子力顯微鏡(C-AFM)測量對比了不同扭轉(zhuǎn)角度雙層石墨烯垂直電導情況，發(fā)現(xiàn)了小扭轉(zhuǎn)角雙層石墨烯中垂直電導的反常角度依賴性。隨后與高磊副教授課題組合作，借助原子級界面接觸質(zhì)量模型、密度泛函理論計算和掃描隧道顯微鏡的高分辨表征，進一步揭示了小扭轉(zhuǎn)角下的反常電導行為源于雙層石墨烯的局部原子重構(gòu)導致的平均載流子濃度的降低。該發(fā)現(xiàn)首次揭示了范德華材料中原子級重構(gòu)對垂直電導率的貢獻，為理解小扭轉(zhuǎn)角范德華材料獨特的物理行為提供了指導，也為設(shè)計和優(yōu)化二維材料的電學性能提供了新的思路。 

　　圖2、h-BN表面扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯示意圖與C-AFM電流掃描圖像 

　　該研究工作共同第一作者為清華大學博士生張帥、宋愛生與上海微系統(tǒng)所陳令修博士，通訊作者為清華大學李群仰教授、上海微系統(tǒng)所王浩敏研究員和北京科技大學高磊副教授。該研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金項目、中科院先導B類計劃和上海市科委基金的資助。 

參考資料

[1]  中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所,上海微系統(tǒng)所成功制備小扭轉(zhuǎn)角度雙層石墨烯,http://www.sim.ac.cn/xwzx2016/kyjz/202011/t20201125_5779758.html

[2] 論文鏈接：https://advances.sciencemag.org/content/6/47/eabc5555