湖南大学在魔角单-双层石墨烯平带研究中取得重要进展

原标题:湖南大学在焦墨单双层石墨烯平带研究取得重要进展

近日，湖南大学物理与微电子学院尹龙晶副教授和秦志辉教授在焦墨单层石墨烯体系中发现了局域和非局域共存的平带结构。相关研究成果名为“魔角扭曲单层-双层图中平带的光谱可视化:定域与去定域共存”发表在物理学顶级期刊《物理评论快报》上，并被选为编辑建议。

两个范德华原子层以一定角度相互扭曲，会形成莫尔超晶格结构。超晶格能极大地调制了材料的电子性质，产生了离散的低能平带。这种平带结构可以增强电子之间的相互作用，从而为探索强关联现象开辟了新的途径。最典型的例子就是角落双层石墨烯。例如，在旋转角接近1.1°的双层石墨烯(即所谓的“魔角”)中，已经发现了由平带诱导的关联绝缘态和超导态。事实上，平带结构并不仅限于双层石墨烯，在多层石墨烯中也存在。并且多层可以具有更平坦的平带，随后会有更显著的电子相关效应。角落单双层石墨烯(即一个单层石墨烯和一个AB堆叠的双层石墨烯相互扭曲)被预测为具有更高可控平带和拓扑性质的新型平带体系。最近，通过输运实验，在角单层石墨烯中发现了可调节的Van Hof奇异性、关联绝缘态和旧绝缘态，这表明该体系确实包含丰富的莫尔物理。但是，目前缺乏对边角单双石墨烯平带的直接观察和对其微观局域性质的了解。这些研究对于全面理解这个系统丰富而新颖的强关联物理是不可或缺的。

图一。角单层石墨烯的平带光谱表征及其与角双层石墨烯的比较。

因此，尹龙晶副教授和秦志辉教授团队利用扫描隧道显微镜和扫描隧道谱技术，在纳米尺度上探测到魔角单层石墨烯的平带结构。首先，他们在同一样品中制备了角单层石墨烯和角双层石墨烯的共存结构(它们有相同的角~ 1.13)。利用扫描隧道谱，他们在边角单双石墨烯费米能级附近发现了一个很强的态密度峰，证实了平带的存在。发现这个平带峰的峰宽略小于拐角双层石墨烯的峰宽，直接印证了魔角多层比魔角双层石墨烯的平带更平坦的理论预测。更有趣的是，平带在角单层石墨烯中表现出独特的局域和离域特征，即平带在角端局域化，在双层端离域化。童教授通过计算连续性模型很好地重复了上述实验结果。本研究发现的新奇层依赖局域-离域平坦区的共存，为利用它们之间的相互作用探索和研究强关联物理现象提供了一个前所未有的平台。该研究也为进一步理解角部多层石墨烯体系中的莫尔物理提供了重要的微观信息。

图二。局域和非局域石墨烯层相互依赖的平带。

物理与微电子研究所是唯一完成这项工作的单位。物理与电气研究所童硕士、童教授为第一作者，尹龙晶副教授、秦志辉教授为通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金、中科院战略引领科技专项(B类)、湖南省自然科学基金、湖南省科技创新计划等项目的支持。

来源:湖南大学

文章链接:

https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 128.126401返回搜狐查看更多

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