近年隨著扭轉(zhuǎn)角在魔角范圍（~1.1°）的雙層石墨烯中新奇量子現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯的研究愈發(fā)受到關(guān)注。因此，催生了新的研究領(lǐng)域——twistronics。常規(guī)雙層石墨烯是通過AB堆垛形成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而對于扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯，其表面會展現(xiàn)出摩爾條紋超晶格，且該超晶格周期與雙層石墨烯能帶結(jié)構(gòu)會隨著扭轉(zhuǎn)角度的變化而改變。目前，實驗室小扭轉(zhuǎn)角雙層石墨烯多是通過微機械剝離法與手工堆垛方法制備，如何通過生長的方法直接制備出小扭轉(zhuǎn)角雙層石墨烯是當前需要解決的重要課題。

近日，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員王浩敏課題組與清華大學教授李群仰團隊合作，首次報道了在六角氮化硼（h-BN）表面通過化學氣相沉積法制備出具有不同扭轉(zhuǎn)角的雙層石墨烯，并發(fā)現(xiàn)小扭轉(zhuǎn)角雙層石墨烯的局域原子重構(gòu)對其垂直電導的影響。11月20日，相關(guān)研究成果以Abnormal conductivity in low-angle twisted bilayer graphene為題，在線發(fā)表在《科學進展》上（Science Advances, 6, eabc5555, 2020）。

上海微系統(tǒng)所課題組提出了通過非平衡化學氣相沉積法在h-BN表面制備不同扭轉(zhuǎn)角度雙層石墨烯的新方法：在h-BN表面首先制備單層多晶石墨烯薄膜，之后在其表面進行石墨烯單晶疇生長，最終實現(xiàn)h-BN表面具有不同扭轉(zhuǎn)角度的雙層石墨烯制備。研究人員與李群仰團隊合作，采用導電原子力顯微鏡（C-AFM）測量對比了不同扭轉(zhuǎn)角度雙層石墨烯垂直電導情況，發(fā)現(xiàn)小扭轉(zhuǎn)角雙層石墨烯中垂直電導的反常角度依賴性?？蒲腥藛T與北京科技大學副教授高磊課題組合作，借助原子級界面接觸質(zhì)量模型、密度泛函理論計算和掃描隧道顯微鏡的高分辨表征，進一步揭示小扭轉(zhuǎn)角下的反常電導行為源于雙層石墨烯的局部原子重構(gòu)導致的平均載流子濃度的降低。該研究首次揭示范德華材料中原子級重構(gòu)對垂直電導率的貢獻，為理解小扭轉(zhuǎn)角范德華材料獨特的物理行為提供了指導，并為設(shè)計和優(yōu)化二維材料的電學性能提供了新思路。

清華大學博士生張帥、宋愛生與上海微系統(tǒng)所博士陳令修為論文的共同第一作者，李群仰、王浩敏和高磊為論文通訊作者。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項（B類）和上海市科委基金的資助。

論文鏈接

圖1.h-BN表面扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯制備工藝示意圖

圖2.h-BN表面扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯示意圖與C-AFM電流掃描圖像