2層グラフェンは、層を回転および伸長した後、半導体の特性を取得しました

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2層グラフェンは、層を回転および伸長した後、半導体の特性を取得しました
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Anonim
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フランスの物理学者は、「ねじれた」2層グラフェンの電子特性を制御する方法を開発し、誤った方向の構造で各層を独立して伸ばすことを提案しました。これにより、特に、グラフェンで伝統的な電子バンドの線形構造から逸脱し、平坦な禁止ギャップのある領域を取得することができます。科学者は、Physical ReviewLettersの記事に書いています。

グラフェンの電子特性を制御するための一般的な方法の1つは、ファンデルワールス力を使用して1つの層が別の層に接続される2層構造を作成することです。このような2層システムには、従来の1層グラフェンに比べて重要な利点があります。その中の層は相互に回転させることができます。この回転により、六角形のモアレ構造が形成されます。これは、2つの層の方向が間違っているために、原子グラフェンセルの周期の数倍の追加の周期が格子に現れる2次元パターンです。

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引き伸ばされていない層を持つ2層グラフェンのモアレパターン

このようなシステムでは、2つの層の相互に関連するさまざまなタイプの整列が交互に発生します。上部のグラフェン層の原子は、下部の原子の上、または2つの間の「ピット」の上に配置できます。原子。アライメントの種類が異なれば、材料のエネルギーゾーンの構造に与える影響も異なるため、回転角を変えることで、材料の電子特性を制御することができます。

グルノーブルアルペス大学のVincentT。Renardが率いるフランスの物理学者は、2層グラフェンの電子特性を制御する別の方法を調査しました。科学者は、一方の層を他方に対して回転させるだけでなく、互いに独立して層をわずかに伸ばすことも提案しました。その結果、それらの結晶格子の周期の間にわずかな違いがあります。

彼らの研究では、物理学者は、格子の主な方向の1つに沿って、互いに1.25度回転する2層グラフェンの各層を変形させることができる手法を使用しました。実験での変形量は、10分の数パーセントを超えませんでした。研究の著者は、それらが共有結合によってではなく、比較的弱いファンデルワールス相互作用のために互いに接続されているという事実のために、2層グラフェンで互いに独立して層を伸ばすことが可能であると述べています。変形していない二層グラフェンの場合と同様に、形成された構造は、2つの層が正しく整列しているゾーンと、層が互いに半周期変位しているゾーンとの間で交互になります。ただし、このようなゾーンは、六角形の格子。

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上層が変形し、下層が変形しない2層グラフェンの構造

物理学者は、走査型トンネル顕微鏡とラマン分光法を使用して、このような伸縮の下で二層グラフェンの空間的および電子的構造がどのように変化するかを研究し、理論計算を使用して得られたデータを確認しました。提案された手法を使用すると、単層グラフェンの特徴であるディラックコーンの構造(電子のエネルギーと運動量とゼロ禁止バンドとの線形関係を持つ)をはるかに多くの構造に変換できることが判明しました。複雑な構造。研究者は、結果として得られる構造には、変形していない2層モアレ構造に特徴的な領域と新しい要素の両方が含まれていることに注目しています。特に、幅が約100ミリエレクトロンボルトの平坦な禁止ギャップを持つ領域が含まれています。

物理学者によると、彼らが研究した構造を説明するには、より詳細な理論的研究が必要ですが、得られた結果は、提案された技術がナノ電子デバイスのグラフェン材料の電子特性を制御するために有望であることを示しています。

グラフェン構造の層の相互配向を変更する可能性は、2層だけでなく3層のグラフェンの電子特性を制御するための重要なツールです。たとえば、最近、科学者は、グラフェンの望ましい形状と既知のバンドギャップを持つ電子バンドを取得することを可能にする、目的の層次数を持つ3層グラフェンを取得する方法を提案しました。

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