Kagome超晶格方法为调节石墨烯的电子特性提供了新方法

一个研究小组介绍了一种选择性调整石墨烯电子能带的新方法。他们的研究成果发表在《物理评论快报》上，展示了人工超晶格场在操纵石墨烯中不同类型的能带分散方面的潜力。

传统的能带工程方法(如异质结构、界面应变和合金化)存在局限性，特别是在对工程能带结构进行原位和连续控制方面。范德华 (vdW) 材料(尤其是石墨烯)的出现通过门控和莫尔异质结构为能带结构工程开辟了新途径，这些异质结构可以修改能带并导致各种突发物理现象。

主要挑战在于精确控制和操纵能带结构以实现特定的电子特性。以前的方法不够灵活，缺乏主动和选择性修改能带色散特性的能力。

为了应对这些挑战，这项研究引入了一种范式转换的能带工程方法，即创建人工 kagome 超晶格来操纵石墨烯中的狄拉克能带。kagome 超晶格的周期设计为 80 纳米，这对于将各种高能带折叠和压缩到可以通过实验观察和操纵的低能带区域至关重要。

这项研究的关键创新在于在 kagome 超晶格中使用高阶势。这种势能允许通过不同的贡献重建能带结构，从而实现色散选择性能带调制。研究人员使用标准范德华组装技术和电子束光刻技术制造了人造晶格器件，创建了一个 kagome 晶格图案，可作为石墨烯的局域栅极。

通过独立调节施加到局域栅极和掺杂硅衬底的电压，研究人员能够精细地控制人工势的强度和石墨烯中的载流子密度。高阶 kagome 势使研究人员能够观察和操纵多个狄拉克峰之间光谱权重的重新分布。

此外，磁场的应用被证明可以有效削弱超晶格对能带结构的影响，重新激活固有狄拉克能带。这一发现为控制材料的电子特性提供了一个额外的旋钮。

总之，本研究提出的创新方法利用人工 kagome 超晶格，为能带结构工程提供了前所未有的控制。这种方法不仅提高了该领域精确操控电子特性的能力，还为发现具有设计功能的新物理现象和材料开辟了新途径。

该团队由中国科学院中国科学技术大学曾长淦教授带头，与武汉大学盛俊元教授、西班牙IMDEA Nanociencia教授Francisco Guinea等共同完成。

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