رسانایی غیرطبیعی در گرافن لایه لایه پیچ خورده کم زاویه

دانشمندان مواد می توانند زاویه چرخش بین لایه های مواد را کنترل کنند تا روشی قدرتمند برای تنظیم خواص الکترونیکی دو بعدی (۲-D) ارائه دهند مواد وندروالس . در چنین موادی ، هدایت الکتریکی با کاهش زاویه پیچش به دلیل افزایش اتصال در بین لایه های مجاور ، به صورت یکنواخت (دائمی) افزایش می یابد. در گزارش جدیدی ، شوای ژانگ و تیمی از دانشمندان در زمینه مواد کاربردی ، مهندسی ، سیستم های نانو و تریبولوژی ، در چین ، تنظیماتی را برای هدایت عمودی وابسته به زاویه غیر یکنواخت در رابط گرافن دو لایه حاوی زاویه های پیچش کم توصیف کردند. رسانایی عمودی با کاهش زاویه پیچ به تدریج افزایش می یابد ، با این حال ، پس از کاهش بیشتر در زاویه پیچ ، هدایت مواد به طور قابل توجهی کاهش می یابد. دانشمندان با استفاده از محاسبه تئوری عملکرد چگالی (DFT) و میکروسکوپ تونل زنی (STM) و نتیجه آن را کاهش غیرمعمول تراکم حامل متوسط ​​ناشی از محلی بازسازی اتمی . بازسازی اتمی می تواند به دلیل تداخل بین انرژی متقابل وند der Waals و انرژی الاستیک در رابط ، منجر به ساختارهای جذاب شود. تأثیر بازسازی اتمی بر هدایت عمودی مواد کم فشار و پیچیده ۲-D ون در والس قابل توجه بود. ارائه استراتژی جدید برای طراحی و بهینه سازی عملکرد الکترونیکی آنها.

تنظیم خصوصیات الکترونیکی مواد دو بعدی

دانشمندان مواد روش هایی را برای تغییر پیچش بین لایه ها برای نشان دادن زاویه نشان داده اند استراتژی م effectiveثر برای تنظیم خصوصیات الکترونیکی ساختارهای وند der Waals. آزمایش های اخیر نشان داده است که چگونه رسانایی بین لایه ای ساختارهای ۲-D van der Waals مانند گرافن / گرافن a ” > یا اتصالهای گرافن / گرافیت با افزایش زاویه پیچ به صورت یکنواخت کاهش می یابند. محققان می توانند با استفاده از مکانیزم انتقال میان لایه ای واسطه فونون چنین هدایت بین لایه ای وابسته به زاویه یکنواخت را توضیح دهند. جدای از رسانایی بین لایه ها ، می توان رسانایی عمودی را با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی رسانایی (c-AFM) ، جایی که نتایج نشان می دهد روندهای مشابهی برای مواد متنوع ۲-D با سیستم پیچش بزرگ . مطالعات اخیر در مورد گرافن دو لایه پیچ خورده با زاویه پایین (TBG) اثرات فعل و انفعالات رقابتی ون در والس را نشان داده است. و کشش درون صفحه ای که بر بازسازی محلی گرافن در مقیاس اتمی تأثیر می گذارد ، تا خصوصیات الکترونیکی نامتعارف مانند ابررسانایی را نشان دهد ، مقره های همبسته و فرو مگنتیسم خود به خودی. بنابراین بررسی هدایت عمودی گرافن دو لایه پیچ خورده (TBG) و زیرسازی از نظر علمی جذاب است. و چگونه با زاویه چرخش تکامل می یابد.

بررسی رسانایی عمودی گرافن دو لایه پیچ خورده (TBG)

در طول آزمایشات ، ژانگ و همکاران از نیترید بور شش ضلعی (h-BN) به عنوان بستر استفاده کرد و گرافن دو لایه را رشد داد با استفاده از رسوب بخار شیمیایی . در این نمونه ها ، لایه زیرین گرافن یک فیلم مداوم پلی کریستالی تشکیل می دهد ، در حالی که لایه بالای گرافن جزیره گرافن تک بلوری باقی مانده است. این ساختار نمونه منحصر به فرد به آنها امکان بررسی تعداد زیادی از دامنه های گرافن دو لایه پیچ خورده با طیف گسترده ای از زاویه پیچش را می دهد. در طول اندازه گیری های AFM رسانا ، تیم یک ولتاژ بایاس ثابت را بین کاوشگر رسانا و فیلم اعمال کرد تا جریان را در تنظیمات به طور مداوم کنترل کند. با کاهش زاویه پیچش ، دانشمندان افت هدایت عمودی گرافن دو لایه پیچ خورده را مشاهده کردند ، این ویژگی کاملاً متفاوت از هدایت وابسته به زاویه یکنواخت است مشاهده شده در تحقیقات قبلی .

بررسی وابستگی غیر عادی زاویه پیچش در گرافن دو لایه پیچ خورده (TBG)

برای کشف این ویژگی غیرمعمول ، ژانگ و همکاران. اندازه گیری ها را روی نمونه های TBG بیشتری انجام داد. وقتی زاویه چرخش از ۱۲۰ درجه به پنج درجه کاهش یافت ، هدایت TBG به تدریج افزایش می یابد ، مطابق با گزارش های قبلی . هنگامی که زاویه چرخش به زیر پنج درجه کاهش یافت ، تیم تحقیق کاهش غیرمعمول هدایت را تشخیص دادند. برای رد تأثیر بستر نیترید بور شش ضلعی ، آنها گرافن تک لایه را با زاویه پیچ خوردگی کم قابل کنترل به سطح گرافیت منتقل کردند و هدایت عمودی را با استفاده از c-AFM (میکروسکوپ نیروی اتمی رسانا) اندازه گیری کردند ، تا مشاهده مشابه نتیجه غیرمعمول این تیم سپس اندازه گیری های رسانایی را با وضوح دقیق تر انجام داد تا منشا decrease کاهش غیر طبیعی رسانایی را بررسی کند ، زمانی که زاویه های پیچش زیر پنج درجه بود.

برای درک پیچیدگی ، آنها ساختارهای مقیاس moiré و sub-moiré را با مشخصات بالاتر توصیف کردند. وضوح تصویر با استفاده از آزمایش STM (میکروسکوپ تونل زنی اسکن) روی نمونه های دو لایه گرافن پیچ خورده با زاویه پیچش کم (از ۰٫۶ درجه ، ۱٫۱ درجه تا ۳٫۳ درجه). ابرشبکه های مویر سازه های تولید شده از لایه های ۲ بعدی است که با زاویه پیچش و / یا عدم تطابق شبکه ای روی هم قرار گرفته اند. با توجه به اندازه گیری های STM ، هنگامی که زاویه چرخش از ۳٫۳ درجه به ۰٫۶ درجه کاهش یافت ، تراکم محلی حالت ها در سطح گرافن دو لایه پیچ خورده کاهش می یابد. گرافن دو لایه یک نیمه فلزی است که می تواند به اصطلاح “” ساختار انباشته شده AB “یا ساختار نادر” AA-stacked “را اتخاذ کند – که پیش بینی می شود بسیار متفاوت از یکدیگر باشند. در این حالت ، منطقه ای با هدایت کم و زیاد در گرافن دو لایه پیچ خورده تقریباً به ترتیب با مناطق AB- / BA- و AA انباشته مطابقت دارد.

محاسبات نظری

ژانگ و دیگران همچنین محاسبات نظری را انجام داد تا درک کند که چگونه ساختار فوق شبکه موآر و بازسازی محلی منجر به هدایت غیرعادی عمودی می شود. در همه موارد ، مناطق AA-انباشته هدایت بهتری در مقایسه با مناطق AB-گونی نشان داده اند. این تیم با استفاده از شبیه سازی ، برای هدایت مشاهدات آزمایشی ، از نظر زاویه پیچش ، رسانایی را کمی تعیین کرد. دانشمندان همچنین هدایت لایه ای گرافن-گرافن را مطالعه کردند تا منشأ رفتار کراس اوور را درک کنند. با استفاده از محاسبات DFT (نظریه تابعی تراکم) ، آنها حضور مناطق AA-stacked را به تراکم حامل محلی را افزایش دهید ، این پدیده به دلیل محل اسکان حامل محلی بیشتر در منطقه پشته شده AA در ساختار فوق شبکه موری ایجاد شد.

چشم انداز

به این ترتیب ، ویژگی حمل و نقل عمودی لایه دو لایه پیچ خورده گرافن ( TBG) را می توان با دو عامل تعیین کرد: از جمله تراکم حامل سطح و سد تونل زنی بین لایه. تراکم حامل بالا و مانع تونل زنی کم هر دو برای هدایت زیاد ضروری بودند. شوای ژانگ و همکارانش از TBG به عنوان نمونه استفاده کردند و رسانایی عمودی ساختارهای ون در والس را نشان دادند تا وابستگی غیرمونوتونیکی به زاویه پیچش نشان دهد. هنگامی که زاویه پیچ به آستانه زیر ۵ درجه رسید ، به دلیل افت قابل توجه تراکم حامل ، رسانایی عمودی به طور غیر طبیعی کاهش می یابد. یافته ها بر تأثیر بازسازی اتمی بر رسانایی در رابط های ۲-D تأکید کردند. این کار راهنمایی برای بهینه سازی عملکرد الکتریکی گرافن دو لایه و سایر موارد ارائه می دهد. ساختارهای ۲-D van der Waals در رشته الکترونیکی نوری .

---

---

© ۲۰۲۰ Science X Network