北大刘忠范院士《自然·通讯》:异位成核,高质量多角度的扭曲双层石墨烯

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扭曲双层石墨烯是由层间扭曲角度为θ的两层石墨烯组成,由于其电子特性极大的依赖于扭曲角度,激发了研究人员的研究兴趣,有着巨大的应用潜力。扭曲角的存在导致范霍夫奇点(van Hove singularities, vHSs)在电子态密度中出现,在一定波长下增强了光吸收,并产生了光电流。更重要的是,当扭曲角度为1.1°(魔角)时,能够实现mott-绝缘态和超导态的转变,引起了世界的轰动。制备高质量的、具有丰富旋转角度的大面积双层石墨烯对角度依赖的物理和应用研究具有重要意义,然而极具挑战性。

近日,北京大学刘忠范院士彭海琳教授团队,英国曼彻斯特大学Li Lin和中国科学技术大学黄生洪团队合作采用异位成核策略,通过化学气相沉积法来制备出高质量的扭曲双层石墨烯,在双层石墨烯域中,扭曲角度为0 ~ 30°的扭曲双层石墨烯的比例提高到88%,明显高于之前的报道。这种有意设计成核位点的合成策略为石墨烯和其他精确控制层间扭曲的二维材料的可控生长带来更多的启发。该研究以“Hetero-site nucleation for growing twisted bilayer graphene with a wide range of twist angles”为题发表在《Nature Communications》上。

文章亮点:

1、传统CVD方法中,成核中心周围的微观环境决定了石墨烯的取向,具有相同成核中心的双层石墨烯的两层会优先以相同的取向或仅以30°的扭曲角生长。本文发展了一种异位成核方法,两层石墨烯在不同的位置成核,显著提高双层石墨烯域内扭曲双层石墨烯的比例(88%),角度范围为0 ~ 30°。

2、碳同位素标记技术证明,气流扰动能够可控引发这种异位成核。

3、生成的扭曲双层石墨烯具有清晰的莫尔图案以及高达68000 cm-2V-1s-1的超高载流子迁移率,证明其高结晶质量。

扭曲双层石墨烯的异位成核策略

全文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-021-22533-1


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