最小扭曲双层石墨烯莫尔单元中的纳米成像光响应

      半导体异质结的光响应是现代光电子的核心。光感应电流的一般先决条件是缺乏反转中心，无论它是通过以P-N结形式掺杂不均匀性外在定义的，还是由于晶体结构中反转对称性的破坏而定义的。在这方面，莫尔超晶格的结构非常适用于光响应的应用中，由于晶体的对称性可以由扭转角（容易地减小θ）诱导的原子尺度的重建。最小扭曲的双层石墨烯（mTBG，θ<0.1°）代表此类莫尔超晶格，其中扭曲的双层的晶格重构在能量传输上非常有利，并产生由窄畴壁网络分隔的AB/BA Bernal堆叠区域的交替三角形畴，每层AB亚晶格之间的原子配准通过畴壁平滑变化，在约10 nm的长度范围内极大地改变了局部电子性质。从光响应的角度来看，电子光谱中的那些急剧变化可以用作局部结，从而提供由莫尔超晶格产生的固有光敏区域。虽然这些畴壁网络已被证明强烈影响直流传输和光学性质对于mTBG，尚未对其光电子性质进行研究。

       近日，西班牙巴塞罗那科技研究所ICFO光子科学研究所的Roshan Krishna Kumar教授和Frank H.L.Koppens教授采用纳米探针研究最小扭曲的双层石墨烯的单一摩尔单元格内的光响应。他们的云纹尺度分辨测量结果揭示了一个空间丰富的光响应，其符号和大小受摩尔纹晶格的精细结构及其相对于测量触点的方向的控制。这导致莫尔域内的栅极电压响应具有强烈的方向效应和明显的空间依赖性。所测量的光电流点对光热电感应响应的空间分布和载流子密度依赖性，并通过与数值模拟的良好一致性进一步得到证实。他们的工作表明，亚衍射光电流光谱法是揭示莫尔超晶格光电特性的出色工具，并可能促使人们对相关的莫尔超晶格（包括扭曲的过渡金属二卤化物）和小角度扭曲双层石墨烯进行进一步的近场光电流研究。相关研究成果发表在《Nature Communications》上。（钟雨豪）

       文章链接：Hesp, N.C.H., Torre, I., Barcons-Ruiz, D. et al. Nano-imaging photoresponse in a moiré unit cell of minimally twisted bilayer graphene. Nat Commun 12, 1640 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-21862-5