通过高级光源(ALS),将在堆叠石墨烯层之间以“魔角”相互偏移的与奇异电子态相关的平带结构可视化。这项工作证实了理论预测,并讨论了一种新的柔性试验台,以研究导致拓扑相位和超导电性的相关效应。
石墨烯由一片碳原子层组成,形成一个类似铁丝网的六边形晶格。石墨烯的许多令人着迷的特性之一是其极高的电子迁移率。系统中的电荷载流子就像是无质量的,这是由线性(锥形)电子带结构展现的一种状态。
当两个石墨烯层堆叠在一起时,通过层间耦合和轨道混合来改变电子带,形成抛物线带结构。通过两层间引入一个小转角来调节材料的性能是可以实现的。由于偏移六边形晶格之间的不匹配,这个扭曲产生一个莫尔图案超晶格,这也会影响取决于扭曲角度的电子特性。
理论上认为,在1°(魔法角)的扭转角度下,扭曲双层石墨烯(tBLG)将在电荷中性点附近(上下带相遇)附近展现扁平电子带。这种扁平电子带结构的一个含义是高密度的状态,众所周知它为涉及强(相关)电子相互作用的新出现的电子相提供了平台。例如,魔角tBLG可以同时拥有强相关的绝缘态和超导态,这些态可以通过使用外加的栅电压在材料中掺杂载流子来控制。
总的来说,魔角tBLG在低温下表现出丰富的相图,促成用相对简单的系统研究奇异现象诸如:非常规超导性、拓扑相、轨道磁学成为希望。尽管平带色散的含意已经被广泛报道,但魔角tBLG中的平带以前从未在实验中被直接观察到。
nanoARPES-spectrum
在这项工作中,研究人员在ALS Beamline 7.0.2(MAESTRO)上使用纳米聚焦角分辨光电子能谱(nanoARPES)来探测tBLG样品,寻找用其他方法很难解决的平坦带的证据。此外,纳米arpes光束线的高空间分辨率对于微米级的有效样品面积以及已知的tBLG样品中出现的扭曲角的不均匀性和局部变化至关重要。在纳米arpes实验之后,通过测量扫描阻抗微波显微镜(sMIM)成像的moiré超晶格的周期性来验证样品的魔角扭转。
测试结果表明,在室温下近电荷中性点附近的魔角tBLG中存在预测的平坦带。特别是,这些测试结果提供了直接的证据,证明了观察到的奇异现象是由与莫尔几何相关的局域电子态引起的。将来的工作将涉及到范德华异质结构系统中moiré超晶格诱导的其他平带结构的详细的纳米颗粒研究,包括观察由原位静电门控诱导的不同掺杂水平的电子行为。总的来说,MAESTRO公司的纳米级功能所能实现的直接可视化,应该可以帮助研究人员对基于云纹的物理,或者说“扭曲电子技术”,在魔度tBLG和其他材料中获得更定量的理解。
消息来源---The grphene council