【复材信息】转角单-双层石墨烯中的电子结构随着外场的双向演变而演变

05-28 18:13

角落双层石墨烯因其在角落周围呈现出一系列新颖而强烈的相关现象而备受关注，如超导、莫特绝缘、磁性等。其核心物理来源于费米能附近的平带电子结构。因此，对角落系统平带电子结构的检测和调节是了解角落系统相关物理的关键。

近日，清华大学周树云研究组在《自然材料》报道角落双层石墨烯的平带电子结构随着角落的演变而发展起来。近日，他们进一步将平带研究扩展到角落单-双层石墨烯，由单层石墨烯和双层石墨烯堆叠而成。通过对原点栅极电压的调节，首次揭示了角落单-双层石墨烯中外电场方向对平带电子结构的双向选择性调节。也就是说，通过改变电场方向，使平带电子结构更能体现单层和双层石墨烯的特性。

这项研究工作是“Observation of dichotomic field-tunable electronic structure in twisted monolayer-bilayer graphene"(转角单-双层石墨烯中的电子结构随着外场的双向演变)《Nature Communications》。

角落石墨烯系统中，角落单-双层石墨烯因破坏了垂直于界面角度的反演对称而具有独特的特性。例如，研究人员通过对角度列表-双层石墨烯施加垂直于外部角度的电场，通过输送测量观察角度列表-双层石墨烯中的相关态相图，随着电场的不对称演变。在这个系统中，外电场对平带电子结构的调控是其基本物理，因此在施加原点电场的情况下，检测其平带电子结构的演变对于实现丰富的物理调控具有重要意义。

/ 图文导读 /

图1. 转角单-双石墨烯中电子结构的双向调节作用。

图2. 2.2° 在tMBG中，费米面拓扑与单层和双层石墨烯并存。

图3. 在-20 V至30 通过K1和K2检测到的V偏压电压散射图像概述。

图4. 理论上，场可调电子结构和正负偏压下层可以区分能量等高线。

/ 总结展望 /

通过巧妙改进角石墨烯系统的样品制备方法，周树云研究组成功获得了高质量的角单-双层石墨烯样品，可原点施加栅极电压，并结合具有百纳米空间分辨率的角度识别光电子能谱(NanoARPES) 和原子力显微镜(AFM)这两种互补实验技术，直接揭示了其费米能处清晰的平带电子结构，并且发现其带宽与系统中库伦的相互作用大小相同，证明该系统具有较强的电子-电子相互作用。

更为有趣的是，在原点施加栅极电压时，转角单-双层石墨烯的电子结构出现了两种显著的随电场演变效应：

1、选择性增强来自单层、双层石墨烯奉献部分的谱重强度(ARPES信号强度)；

2、在负向或正向电压下，费米能处平带电子结构变平或散射更强，体现了两层和单层石墨烯的特性。

周树云研究组及其合作伙伴通过结合试验测量结果和理论计算，揭示了转角单-双层石墨烯在外加电场下的谱重和平带散射的依赖结果，这是由于电荷在固层上的再次分布造成的。

为了了解角落系统中电子结构与外场进化的基本规律，这些研究结果提供了重要的电子能谱测试信息。

原文：DOI：10.1038/s41467-024-48166-8

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