周树云研究组在石墨烯/氮化硼异质结的能带研究方面取得进展

2016年8月24日

       继石墨烯和二硫化钼等新型二维材料之后,近年来国际二维材料研究领域的一个重要发展趋势是把研究对象从单一材料拓展到由两种材料形成的人工异质结构。范徳华异质结是由不同的二维材料通过弱范徳华作用力形成的人工新结构,以石墨烯/氮化硼为经典模型体系。在异质结中,晶格失配导致的超晶格周期势场对二维材料的能带结构起到了重要的调制作用,使其呈现出单个材料所不具有的新奇量子现象,例如具有自相似递归能谱的Hofstadter蝴蝶态和拓扑电流等。超晶格周期势场对能带的调控是导致这些新奇量子效应的根源,然而由于缺乏直接的能带测量结果,石墨烯/氮化硼体系中的若干关键科学问题,例如超晶格周期势场如何调制其能带结构以及是否存在空间反演对称性破缺导致的能隙等,存在广泛争议。

      清华大学物理系周树云研究组利用角分辨光电子谱,首次直接测量到石墨烯/氮化硼的原始和第二级狄拉克锥能带结构,并且分别在原始和第二级狄拉克锥处发现高达160 meV和100 meV的能隙。该工作揭示了空间反演对称性破缺在异质结能隙和能带调控中的重要性,展示了范德华异质结在能带调制方面丰富的物理。

                                                                   

 

                                             (a)角分辨光电子能谱直接测量到的第二级狄拉克锥。(b)石墨烯的原始狄拉克锥和第二级狄拉克锥能带示意图。

 

      该成果以“Gaps induced by inversion symmetry breaking and second-generation Dirac cones in graphene/hexagonal boron nitride”为题于8月22日在线发表在Nature Physics 上。该项工作与中国科学院物理所张广宇研究组、复旦大学张远波研究组合作,第一作者为清华大学物理系博士生王二印(负责角分辨光电子谱测量)和中科院物理所张光宇研究组博士生卢晓波(负责样品制备)。该工作得到了国家自然科学基金委、国家科技部和清华大学自主科研计划的资助。

     文章全文链接http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys3856.html