Om deze vragen te beantwoorden hebben de groep van professor Qunyang Li aan de Tsinghua Universiteit en de groep van professor Ouyang Wengen aan de Wuhan Universiteit een nieuwe methode ontwikkeld, gebaseerd op geleidende atoomkrachtmicroscopie (c-AFM), om de interne stapeltoestand van gedraaid gelaagd materiaal te karakteriseren en te reconstrueren door middel van eenvoudige metingen van oppervlaktegeleidbaarheid. Het gerelateerde werk is gepubliceerd in National Science Review .

Hun experimentele resultaten hebben aangetoond dat de gedraaide grensvlakken nog steeds atomaire reconstructie kunnen ondergaan en met name de geleidbaarheid van het oppervlak kunnen beïnvloeden, zelfs als ze tien atomaire lagen onder het oppervlak zijn ingebed. Om de atomaire structuur van het gedraaide meerlagensysteem beter te begrijpen, is een meerlaags grafeensysteem vergelijkbaar met de experimentele monsters geconstrueerd in een moleculaire dynamica (MD) simulatiemodel door nauwkeurig rekening te houden met de interacties tussen de lagen.

De simulatieresultaten hebben onthuld dat voor gedraaide grensvlakken met kleine hoeken ingebed in het inwendige van materiaal inderdaad atomaire reconstructie kan optreden en de rotatievervorming in het vlak van de aangrenzende grafeenlagen kan bevorderen. De atomaire rotatievervorming van de grafeenlaag neemt echter geleidelijk af naarmate men zich verwijdert van het gedraaide grensvlak.

Gebaseerd op de atomaire structuren die zijn onthuld in MD-simulaties, heeft de onderzoeksgroep een seriespreidingsweerstandsmodel (SSR-model) voorgesteld om de invloed van de stapeltoestand van een gedraaid meerlagensysteem op de geleidbaarheid van het oppervlak te kwantificeren.

Het nieuwe model maakt het mogelijk om direct een correlatie te maken tussen de oppervlaktegeleiding en de interne stapelstructuur, wat zelfs toepasbaar is voor gedraaide meerlaagse monsters met complexe kristaldefecten (bijvoorbeeld dislocaties). Het werk biedt een eenvoudige, handige manier met hoge resolutie om de interne stapelstructuren van gedraaide gelaagde materialen te karakteriseren, wat cruciaal is voor fundamentele studies van 2D-gestapelde structuren en de ontwikkeling van opkomende gedraaide elektronica.

Meer informatie: Huan Wang et al, Deducing the internal interfaces of twisted multilayer grafeen via moiré-gereguleerde oppervlaktegeleiding, National Science Review (2023). DOI:10.1093/nsr/nwad175

Aangeboden door Science China Press