在二維小角度扭曲雙層中，范德瓦爾斯（vdW）層間相互作用引入了原子尺度的重建，它由局部亞度晶格旋轉(zhuǎn)的摩爾周期性網(wǎng)絡(luò)組成。然而，亞度晶格旋轉(zhuǎn)的實(shí)空間測(cè)量需要極高的空間分辨率，這對(duì)實(shí)驗(yàn)來說是一個(gè)突出的挑戰(zhàn)。在這里，引入了最頂層的小周期石墨烯摩爾紋作為放大鏡，將小角度扭曲的雙層石墨烯（TBG）中的亞安斯特羅姆晶格畸變放大約2個(gè)數(shù)量級(jí)。最上面的石墨烯摩爾紋的局部摩爾周期和系統(tǒng)的低能量范霍夫奇點(diǎn)被底層TBG的原子尺度重建所改變，從而使結(jié)構(gòu)和電子特性中的亞度晶格旋轉(zhuǎn)的網(wǎng)絡(luò)的實(shí)空間映射成為可能。我們的結(jié)果表明，通過測(cè)量最頂層莫雷超晶格的周期來研究vdW系統(tǒng)中的亞度晶格旋轉(zhuǎn)是非常容易的。
圖1. 被最上面的摩爾紋放大的局部晶格旋轉(zhuǎn)示意圖。(a) 左邊面板。TTG的草圖。中間面板。底層小角度TBG的摩爾紋圖案示意圖。右邊面板。第一層和第二層之間局部扭曲角的模擬圖像。(b) 扭曲角是摩爾紋周期的一個(gè)函數(shù)。插圖顯示了第一布里淵區(qū)和TBG的電子帶結(jié)構(gòu)。K
1和K
2是兩層的狄拉克點(diǎn)。兩個(gè)狄拉克錐的重疊，K
1和K
2AA（或K
2AB），在DOS中產(chǎn)生了兩個(gè)峰值。
圖2. TTG的結(jié)構(gòu)表征。(a,f) STM拓?fù)鋱D顯示了兩個(gè)TTG樣品上的 "雙摩爾 "超晶格。拓?fù)鋱D分別在1V和200 pA，以及0.25V和400 pA下拍攝。疊加的圓圈和線條描述了TBG底層的摩爾紋結(jié)構(gòu)。 (b,g)分別是(a,f)中橙色框架內(nèi)的STM圖像。沿著虛線的輪廓線顯示在（c,h）。(d,e) 器件D
1的相應(yīng)FFT圖像。(i,j) 器件D
2的對(duì)應(yīng)FFT圖像。(d,i)中的白色圓圈表示石墨烯的倒數(shù)格子。(e,j)中的綠色圓圈顯示了最頂層雙層的互為莫爾雷超晶格，(e,j)中的紅色圓圈顯示了底層雙層的互為莫爾雷超晶格。
圖3. 由最上面的摩爾紋放大的局部晶格旋轉(zhuǎn)的實(shí)空間圖。(a,c) D1和D2器件中的摩爾紋周期D
12與位置的關(guān)系。(b,d) θ
12的空間變化。(a-d)中重疊的圓圈和線條描述了底層TBG中的摩爾紋結(jié)構(gòu)。 (e) 紅色實(shí)心點(diǎn)顯示了不同器件上測(cè)量的平均φ與θ
23的關(guān)系。誤差條反映了數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差。藍(lán)色實(shí)心三角是AA和AB區(qū)域之間的局部相對(duì)晶格旋轉(zhuǎn)與θ
23的關(guān)系。
圖4. TBG中結(jié)構(gòu)重建引起的電子特性的空間變化。 (a) 實(shí)驗(yàn)（左圖）和理論（右圖）的dI/dV光譜沿著(b)圖中D2裝置的箭頭。(b) 最上面的TBG中的ΔEVHS地圖，根據(jù)在不同位置記錄的13160光譜繪制。(c-f) θ
23≈0.35° TTG的STS圖，固定的樣品偏壓，即230、-124、80和150 mV，分別（隧道電流I = 400 pA）。疊加的圓圈和線條描繪了底層TBG中的摩爾紋結(jié)構(gòu)。
相關(guān)研究成果由北京師范大學(xué)Ya-Ning Ren和Lin He等人2023年發(fā)表在Nano Letters (https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c04710)上。原文：Real-Space Mapping of Local Subdegree Lattice Rotations in Low-Angle Twisted Bilayer Graphene。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
