用可扭转的电子设备恢复石墨烯的对称性

一个研究来自于詹姆斯磨练（机械工程)和哥伦比亚大学(Columbia University)物理学家科里·迪恩(Cory Dean)展示了一种通过调整二维材料之间的扭曲角度来调整它们的特性的方法。研究人员将单层石墨烯封装在两个氮化硼晶体之间，通过调整层间的相对扭转角度，他们能够创建多个moiré图案。

Moiré模式是凝聚态物理学家和材料科学家的高度兴趣，他们使用它们来改变或产生新的电子材料性质。这些图案可以通过排列氮化硼(BN，绝缘体)和石墨烯(半金属)晶体形成。当这些蜂窝状的原子晶格接近排列时，它们就会形成moiré超晶格，这是一种纳米级干涉图案，看起来也像蜂窝状。这个moiré超晶格改变了石墨烯中导电电子的量子力学环境，因此可以用来编程石墨烯观察到的电子性质的显著变化。

迄今为止，大多数关于moiré超晶格在石墨烯- bn体系中的影响的研究都着眼于单一界面(考虑了石墨烯的顶部或底部表面，但没有考虑两者)。然而,一个Hone和Dean去年发表的一项研究演示了在单个设备中可以对两个接口之一进行全面旋转控制。

通过设计一个在一个界面上具有持久对齐，在另一个界面上具有可调对齐的设备，哥伦比亚大学的团队现在已经能够研究多个moiré超晶格势对一层石墨烯的影响。

研究人员现在正在改进扭曲多种二维材料单层的能力，以研究超导、拓扑诱导铁磁性和缺乏反演对称性的系统中的非线性光学响应等奇异效应。

Hone实验室的博士生内森·芬尼(Nathan Finney)说:“我们决定在一个纳米机械设备中同时研究石墨烯的上下表面。”“我们有一种预感，通过这样做，我们可以利用顶部和底部接口共存的moiré超晶格，将moiré超晶格的强度提高一倍。”

研究小组发现，扭转层的角度使他们能够控制moiré超晶格的强度以及它的整体对称性，这是从观察到的石墨烯电子性质的显著变化中推断出来的。

在接近对齐的角度，出现了高度改变的石墨烯带结构，可观察到共存的非重叠长波长moiré图案的形成。在完美对齐时，石墨烯的电子间隙要么被强烈增强，要么被抑制，这取决于顶部可旋转的BN是被扭曲0度还是60度。电子间隙的这些变化对应于两种对准构型对称的预期变化——反转对称在0度处被打破，反转对称在60度处恢复。

芬尼说:“这是第一次有人在一个设备中看到共存的moiré超晶格的完全旋转依赖性。”“这种对moiré超晶格对称性和强度的控制程度，可以普遍应用于我们现有的全部二维材料库存中。这项技术使纳米机电传感器的开发成为可能，可应用于天文学、医学、搜索和救援等领域。”

哥伦比亚大学

www.columbia.edu

-副主编克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．查看更多控制工程离散的传感器和视觉故事．

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