Ultimate magazine theme for WordPress.

رسانایی غیرطبیعی در گرافن لایه لایه پیچ خورده کم زاویه

0
Abnormal conductivity in low angle twisted bilayer graphene اندازه گیری رسانایی TBG با زوایای مختلف پیچش. (A) شماتیک c-AFM برای اندازه گیری هدایت عمودی گرافن دو لایه در بستر h-BN با زاویه های پیچش مختلف. تعصب ثابت بین نوک رسانا و فیلم گرافن پایین اعمال شد. گیگابایت GB ، مرز دانه ها. (B) تصویر معمولی جریان اندازه گیری شده بر روی گرافن دو لایه که دامنه هایی با زاویه پیچش مختلف (۱٫۱ درجه ، ۳٫۰ درجه و> ۱۲ درجه) را نشان می دهد تحت تعصب ۱۰ میلی ولت. نوار مقیاس ، ۲۰ نانومتر. (C) پروفایلهای خط معمولی جریان از دامنههای مختلف به ترتیب با زاویه چرخش ۱٫۱ درجه ، ۳٫۰ درجه و> ۱۲ درجه اندازه گیری می شوند. اعتبار: پیشرفتهای علمی ، doi: 10.1126 / sciadv.abc5555

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.

Abnormal conductivity in low angle twisted bilayer graphene
وابستگی رسانایی عمودی به زاویه پیچش. رابطه بین جریان نرمال شده و زاویه پیچش به دست آمده در TBG / h-BN نشان داده شده است. داده هایی با همان رنگ و شکل نماد به طور همزمان از همان تصویر فعلی بدست آمده اند. این اصطلاح رابطه بین جریان و زاویه پیچش به دست آمده بر روی گرافن پیچ خورده روی گرافیت را نشان می دهد ، جایی که مقادیر جریان با میانگین جریان فعلی گرافن دو لایه با زاویه پیچش ۰ درجه نرمال می شوند. نوار خطا نشان دهنده انحراف استاندارد (SD) سیگنال جریان در هر تصویر است. a.u ، واحدهای دلخواه. اعتبار: پیشرفتهای علمی ، doi: 10.1126 / sciadv.abc5555

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)

Abnormal conductivity in low angle twisted bilayer graphene هدایت و تکامل ساختار با زاویه پیچش. (A) پروفایل های جریان معمولی در TBG در دو دامنه اندازه گیری می شوند (یک دامنه با زاویه پیچش> ۱۲ درجه و دامنه دیگر با زاویه پیچش ۲٫۹ درجه ، ۱٫۵ درجه ، ۰٫۹ درجه ، ۰٫۸ درجه و ۰٫۶ درجه ، به ترتیب). (B و C) تصاویر معمولی جریان به دست آمده از TBG به ترتیب با زاویه پیچش ۲٫۹ درجه و ۰٫۶ درجه. مناطق AA-stacked با دایره های سیاه مشخص شده اند. نوار مقیاس ، ۱۰ نانومتر. (D تا F) نمودارهایی که انباشته سازی اتمی را در TBG با زاویه های پیچش مختلف و پیکربندی های اتمی برای انباشته شدن AA ، AB و BA نشان می دهد. اعتبار: پیشرفتهای علمی ، doi: 10.1126 / sciadv.abc5555

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.

Abnormal conductivity in low angle twisted bilayer graphene خصوصیات STM ساختارهای مقیاس مویر و زیر مویر (A) سه تصویر معمولی با ارتفاع ۳D بر روی TBG با زاویه پیچش ۰٫۶ درجه ، ۱٫۱ درجه و ۳٫۳ درجه اندازه گیری شده است. (B) چهار پروفیل ارتفاع معمول در TBG در دو منطقه اندازه گیری شده است (یک منطقه با زاویه چرخش> ۱۲ درجه و منطقه دیگر با زاویه پیچ ۳٫۳ درجه ، ۲٫۳ درجه ، ۱٫۱ درجه و ۰٫۶ درجه ، به ترتیب). (C) خصوصیات با وضوح بالا ساختار مقیاس زیر مویر در TBG با زاویه پیچ ۱٫۱ درجه اندازه گیری شده است. نوار مقیاس ، ۲ نانومتر. (D) به ترتیب الگوهای تبدیل فوریه (پانل های بالایی) ، تصاویر حل شده اتمی با فیلتر فوریه (پانل های میانی) و نمودار شماتیک مربوط به ساختار انباشته اتمی (پانل های زیرین) برای AA- ، AB- و BA انباشته شده است. نوار مقیاس ، ۵٫ اندازه گیری های STM تحت یک حالت جریان ثابت با همان ولتاژ بایاس ۵۰ میلی ولت انجام شد. اعتبار: پیشرفتهای علمی ، doi: 10.1126 / sciadv.abc5555

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.

Abnormal conductivity in low angle twisted bilayer graphene
تحولات رسانایی ، تراکم حامل و پیکربندی های اتمی TBG با زاویه پیچش. (الف) شماتیک نشان دادن مدل شبیه سازی c-AFM. (B) نقشه هدایت محلی شبیه سازی شده TBG ها به ترتیب با زاویه پیچش ۰ درجه ، ۳٫۵ درجه ، ۴٫۷ درجه ، ۵٫۵ درجه و ۱۱ درجه. (C و D) میانگین هدایت اتصالی نوک / TBG (C) ، رسانایی بین لایه ای TBG و تراکم حامل متوسط ​​گرافن لایه بالایی (D) برای زوایای مختلف پیچش محاسبه شده است. (E) کسر عادی نرمال منطقه AA-stacked در ابرشبکه moiré (rAA / a) 2 محاسبه شده با استفاده از ساختارهای انباشته اتمی آرام و سفت و سخت. این حفره جابجایی های اتمی درون صفحه را پس از آرامش برای TBG با زاویه پیچش ۳٫۵ درجه نشان می دهد. خطوط نقاشی به صورت شماتیک ترسیم می شوند تا روند را برجسته کنند. اعتبار: پیشرفتهای علمی ، doi: 10.1126 / sciadv.abc5555

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 .


محققان از زاویه “جادوی” گرافن در مقیاس نانو برای صوت استفاده می کنند


اطلاعات بیشتر:
۱٫ ژانگ اس. و دیگران هدایت غیرطبیعی در گرافن دو لایه پیچ خورده با زاویه کم ، پیشرفت علمی ، DOI: 10.1126 / sciadv.abc5555

۲ کائو Y. و همکاران ابررسانایی نامتعارف در ابرشبکه های گرافن با زاویه جادو. طبیعت ، doi.org/10.1038/nature26160

۳ Koren E. و همکاران حالتهای الکترونیکی متناسب منسجم در رابط بین لایههای گرافن گمراه شده. فناوری نانو طبیعت ، doi.org/10.1038/nnano.2016.85

© ۲۰۲۰ Science X Network

استناد :
هدایت غیرطبیعی در گرافن دو لایه پیچ خورده با زاویه کم (۲۰۲۰ ، ۳۰ نوامبر)
بازیابی شده در ۷ دسامبر ۲۰۲۰
از https://phys.org/news/2020-11-abnormal-angle-bilayer-graphene.html

این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. جدا از هرگونه معامله عادلانه به منظور مطالعه خصوصی یا تحقیق ، هیچ
نسخه ممکن است بدون اجازه کتبی تولید شود. محتوای مذکور فقط به هدف اطلاع رسانی ایجاد شده است.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.