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的摩爾周期性網絡組成。然而，亞度晶格旋轉的實空間測量需要極高的空間分辨率，這對實驗來說是一個突出的挑戰。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個數量級。最上面的石墨烯摩爾紋的局部摩爾周期和系統的低能量范霍夫奇點被底層TBG的原子尺度重建所改變，從而使結構和電子特性中的亞度晶格旋轉的網絡的實空間映射成為可能。我們的結果表明，通過測量最頂層莫雷超晶格的周期來研究vdW系統中的亞度晶格旋轉是非常容易的。
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函數。插圖顯示了第一布里淵區和TBG的電子帶結構。K
1和K
2是兩層的狄拉克點。兩個狄拉克錐的重疊，K
1和K
2AA（或K
2AB），在DOS中產生了兩個峰值。
圖2. TTG的結構表征。(a,f) STM拓撲圖顯示了兩個TTG樣品上的 "雙摩爾 "超晶格。拓撲圖分別在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底層的摩爾紋結構。 (b,g)分別是(a,f)中橙色框架內的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FFT圖像。(i,j) 器件D
2的對應FFT圖像。(d,i)中的白色圓圈表示石墨烯的倒數格子。(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的實空間圖。(a,c) D1和D2器件中的摩爾紋周期D
12與位置的關系。(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中的摩爾紋結構。 (e) 紅色實心點顯示了不同器件上測量的平均φ與θ
23的關系。誤差條反映了數據的標準誤差。藍色實心三角是AA和AB區域之間的局部相對晶格旋轉與θ
23的關系。
圖4. TBG中結構重建引起的電子特性的空間變化。 (a) 實驗（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中的摩爾紋結構。
相關研究成果由北京師范大學Ya-Ning Ren和Lin He等人2023年發表在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。
轉自《石墨烯研究》公眾號
