二維（2D）h-BN和過渡金屬二氯化物（TMDs）被廣泛用作石墨烯的基底，因為它們是絕緣的，原子上是平的，沒有懸空的鍵。通常，人們認(rèn)為這種絕緣基底不會影響石墨烯的電子特性，特別是當(dāng)它們之間產(chǎn)生的摩爾紋相當(dāng)小的時候。在這里，我們對摩爾紋周期小于1納米的石墨烯/TMD異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電子特性進行了系統(tǒng)研究，我們的結(jié)果揭示了石墨烯的電子特性對二維絕緣襯底的意外敏感性。我們證明了石墨烯中存在一個強大的、長距離的電子密度的超周期性，它來自于石墨烯/TMD異質(zhì)結(jié)構(gòu)中石墨烯的兩個谷地之間的電子散射。通過使用掃描隧道顯微鏡和光譜學(xué)，在每一個石墨烯/TMD異質(zhì)結(jié)構(gòu)中都直接成像了三種不同原子尺度的電子密度模式。
圖1. 石墨烯/TMD異質(zhì)結(jié)構(gòu)中大尺度的√3×√3 R30°電子密度。(a) 器件結(jié)構(gòu)：單層石墨烯被放置在大塊二維TMD上，然后石墨烯/TMD異質(zhì)結(jié)構(gòu)被放置在SiO
2/Si基底上。(b) 石墨烯/Se
2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的原子分辨STM圖像和STS圖（在V = 40 mV，I = 30 pA時測量），石墨烯和Se
2之間的扭曲角為49.3°。√3 × √ 3 R30°電子密度和石墨烯晶格的單元格分別用紅色和黃色的鉆石標(biāo)記。(c) (b)面板中的STS圖的FT。黃色、白色和綠色的圓圈分別是石墨烯、Se
2和石墨烯/Se
2的莫雷布拉格峰位置。六個紅色圓圈是在√3×√3 R30°電子密度的波長處。(d) 通過石墨烯和√3 ×√3 R30°電子密度峰的切線，由(c)中FT中的箭頭表示。√3 × √3 R30°的電子密度峰與石墨烯峰一樣尖銳。(e) 原子解析STS圖顯示了六個不同的石墨烯/TMD異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的 "Y "形電子密度。dI/dV圖是在STM反饋打開的情況下進行的。測量的能量為167meV（G/WSe
2，θ=20.6°），225meV（G/WSe
2，θ=0.0°），38meV（G/WSe
2，θ=54.5°），223meV（G/WSe
2，θ=49.3°），80meV（G/WS
2，θ=18.7°），以及-8meV（G/WS
2，θ=15.7°）。紅色和黃色的鉆石分別代表了電子密度和石墨烯的單元格。
圖2. 石墨烯/TMD異質(zhì)結(jié)構(gòu)中不同的√3×√3 R30°電子密度鍵紋理。(a,b,c)在20.6°石墨烯/Se
2異質(zhì)結(jié)構(gòu)中觀察到的 "Y "形、互補 "Y "形和 "M "形電子密度。(d,e,f) 在15.6°的石墨烯/WS
2異質(zhì)結(jié)構(gòu)中觀察到的 "Y "形、互補 "Y "形和 "M "形訂單。紅色鉆石和黃色鉆石分別代表了√3×√3 R30°電子密度和石墨烯晶格的單元格。
圖3. 開啟和關(guān)閉石墨烯中的√3×√3 R30°電子密度。(a) 具有兩種不同距離的石墨烯/TMD異質(zhì)結(jié)構(gòu)的示意圖。一個STM尖端脈沖可以局部調(diào)整石墨烯和TMD之間的距離。(b) 扭曲角為49.3°的弱耦合石墨烯/Se
2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的dI/dV光譜。由電子-光子耦合引起的費米水平附近有一個明顯的差距。插圖：d
2I/dV
2光譜。在60 mV和-60 mV有一個峰值和一個凹陷。(c) 當(dāng)石墨烯被調(diào)整為與Se
2強耦合時，在(b)面板的相同位置記錄的dI/dV光譜。插圖：d
2I/dV
2光譜。(d,e) 分別為弱耦合和強耦合情況下的石墨烯/Se
2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的原子分辨STS圖。石墨烯晶格的周期在（d）中很明顯，顯示為黃色鉆石。在（e）中，√3×√3 R30°電子密度的單元格由紅色鉆石標(biāo)記。(f,g) (d,e)面板中的STS圖的FT。黃色、白色、綠色和紅色的圓圈分別是石墨烯、WSe
2、石墨烯/WSe
2摩爾紋和√3 ×√3 R30°電子密度的布拉格峰位置。在(e,g)面板中，關(guān)于摩爾紋的信息被過濾掉了。
相關(guān)研究成果由北京師范大學(xué)Lin He等人2023年發(fā)表在Nano Letters (https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c04957)上。原文：Observation of Robust and Long-Ranged Superperiodicity of Electronic Density Induced by Intervalley Scattering in Graphene/Transition Metal Dichalcogenide Heterostructures。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
