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由晶格矢量略有不同的层组成的二维异质结构

可以在二维(2-D)异质结构中观察到称为莫尔网格的新周期性结构,该结构包含具有略微不同的晶格矢量的层,从而可以支持新的拓扑现象。因此,重要的是要获得这些莫尔网格和超结构的高分辨率成像,以了解新兴的物理学。在现在发表在《科学进展》上的新报告中,李庆gh和一组科学家报告了成像过程,以利用扫描微波阻抗显微镜在环境条件下查看石墨烯基样品中的莫尔晶格和超结构。超高分辨率的实现。当设备的探针尖端保持总半径为100 nm时,研究团队获得了优于5 nm的空间分辨率。这种设置可以直接观察莫尔条纹和复合莫尔条纹。研究人员还展示了由不同层之间相互作用产生的新的上层建筑的人工合成。

带有莫尔网格的拓扑物理学和新量子现象

由较大的晶格失配或结构中的小角度扭曲所组成的二维异质结构,其原子薄的层具有略微不同的晶格矢量,可以形成具有较大周期性的莫尔条纹。这样的架构在堆叠的二维材料中产生了新的长度和能量尺度,从而为在范德华异质结构中工程化新的相关现象和拓扑物理提供了令人兴奋的新平台。当类似的晶格结构堆叠在一起时,可以形成莫尔晶格的上层结构,从而为设计新的量子现象提供额外的灵活性。重要的是在设备配置中表征莫尔网格和上层结构,以理解和控制二维异质结构中的富莫尔物理。

传统上,这可以通过透射电子显微镜(TEM),原子力显微镜(AFM)和扫描隧道显微镜来完成(STM)技术。但是大多数方法都需要专门的样品制备方案,这些方案在很大程度上不适合观察功能性设备。与现有方法相比,扫描微波阻抗显微镜(sMIM)是一种替代且有吸引力的莫尔条纹成像工具,它将空间分辨率的优势与设备局部电特性的高灵敏度结合在一起。Lee等。因此,他们展示了sMIM的超高分辨率实现,他们还命名为uMIM,以在环境条件下对各种基于石墨烯的器件的莫尔晶格和超结构进行纳米级成像。

超高分辨率扫描微波阻抗显微镜

研究小组使用成像探针揭示了几种莫尔超结构,包括莫尔晶格的超调制和紧密排列的扭曲石墨烯和六方氮化硼(hBN)层之间相互作用所产生的新型Kagome式莫尔结构。这样的莫尔上层结构可以为工程范德华异质结构中的量子现象提供新的途径。在实验过程中,研究小组使用显微镜探测了局部复杂尖端样品的导纳。观察到的针尖样品的导纳取决于当地样品的电导率,研究小组计算了真实和虚构的uMIM信号(分别为uMIM-Re和uMIM-Im)。虚信号有助于迅速评估局部电导率,因为它随样品的薄层电导率单调增加。新的分析成像方法提供了无孔近场光学显微镜方法的微波版本。尽管与近场显微镜不同,研究人员在接触模式下进行了实验,在这种模式下,尖端和样品之间的电磁耦合高度集中在尖端的顶点。

基于石墨烯的系统的概念验证

该团队通过查看扭曲的双层双层石墨烯(tDBG)中的波纹超晶格展示了成像技术的能力。他们使用不同的信号解析了tDBG莫尔网格中的三个不同域,以显示该技术用于基于局部电导率识别二维异质结构中莫尔网格的精细结构的有用性。为了证明该方法的空间分辨率能力,Lee等人。沿着莫尔网格对莫尔缺陷进行成像,并以低于5 nm的分辨率解决了缺陷。该方法优于其他光学近场显微镜。

然后,科学家们证明了该方法在各种基于石墨烯的系统中解析莫尔结构的普遍适用性。例如,该技术有助于在外延生长的单层石墨烯/ hBN(六方氮化硼)样品中进行波纹观察,该样品是使用标准等离子体增强化学气相沉积法合成的。该方法还解析了扭曲的三层石墨烯(tTG)和扭曲的双双层石墨烯(tDBG)中的三角形畴。除了传统的莫尔网格,超高灵敏度显微镜方法还允许使用三个不同晶格矢量(例如,六方氮化硼(BG / BG / hBN)上的扭曲双层双层石墨烯)的三个基础晶格对莫尔超结构进行成像。尽管这种异质结构先前已经用常规技术进行了成像,但仍有待在环境条件下进行观察。形貌图显示了莫尔结构的修改,这可能导致修改后的电子光谱,最终可能需要将其包括在材料的电子结构的理论计算中。

研究其他莫尔条纹上层建筑

Lee等。然后使用该方法研究具有理想物理性质的其他莫尔条纹上层建筑。例如,由于存在平带以及奇异的量子相和磁相,Kagome晶格作为研究Hubbard物理的平台吸引了众多关注。然而,Kagome晶格在自然界中相对罕见,而可以通过超冷原子研究中的光学超晶格来模拟它们。。因此,研究小组在BG / BG / hBN(六方氮化硼上的扭曲双层双层石墨烯)系统中开发了类似固态Kagome的莫尔条纹超晶格,并通过成像技术对特殊的莫尔条纹复合材料进行了可视化处理。科学家们详细检查了所得的结构,并将其与理想的Kagome晶格的预期结构进行了比较。

外表

这样,Kyunghoon Lee及其同事广泛地证明了超高分辨率扫描微波阻抗显微镜(sMIM)的使用是一种简单,高通量且非侵入性的方法,用于表征莫尔超晶格和包括莫尔缺陷的超结构。该团队还为基于石墨烯的范德华异质结构的多层堆叠量身定制了Kagome超晶格。出色的成像技术将更好地理解异质结构设计路径,以研究它们与高级莫尔超结构中量子现象的相关性。

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