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凝聚态物理 > 材料科学

arXiv:2411.07653 (cond-mat)
[提交于 2024年11月12日 (v1) ,最后修订 2025年2月5日 (此版本, v2)]

标题: 通过电子显微镜对扭曲六方氮化硼层中的莫尔势进行原子尺度观测

标题: Atomic-Scale Observation of Moire potential in Twisted Hexagonal Boron Nitride Layers by Electron Microscopy

Authors:Rina Mishima, Takuro Nagai, Hiroyo Segawa, Masahiro Ehara, Takashi Uchino
摘要: 莫尔超晶格(MSLs)是一类新兴的二维功能材料,其电子态可以通过两层范德华层之间的扭转角度和/或层间的相对排列进行调节。 MSLs的有趣特性与莫尔势密切相关,莫尔势是由层间耦合引起的静电势。 已经进行了大量努力,使用各种实验和理论技术来理解莫尔势的性质和分布。 然而,由于表面和/或层间污染物的可能存在,莫尔势的实验观察仍然具有挑战性。 在本工作中,我们开发了一种方法,使用一种专门设计的化学剥离技术来获得六方氮化硼(hBN)纳米层(有或没有扭转)。 所得的hBN纳米层是原子清洁且无应变的,因此为研究其莫尔势提供了理想的MSLs。 对扭曲的hBN纳米层进行像差校正的高分辨率透射电子显微镜测量,使我们能够在傅里叶空间中观察到莫尔衍射斑点。 然后,通过莫尔衍射斑点的逆快速傅里叶变换来重建莫尔势。 研究表明,局部层间原子重叠在确定莫尔势的周期性和分布中起决定性作用,这一结论得到了密度泛函理论计算的支持。 这项工作不仅提供了一种观察MSLs中莫尔势的一般策略,还扩展了电子显微镜在原子分辨率下进一步研究MSLs的应用。
摘要: Moire superlattices (MSLs) are an emerging class of two-dimensional functional materials whose electronic states can be tuned by the twist angle between two van der Waals layers and/or the relative placement of the layers. The intriguing properties of MSLs are closely correlated to the moir\'e potential, which is the electrostatic potential induced by interlayer coupling. Intensive efforts have been made to understand the nature and distribution of the moire potential by using various experimental and theoretical techniques. However, the experimental observation of the moir\'e potential is still challenging because of the possible presence of the surface and/or interlayer contaminants. In this work, we develop a method to obtain hexagonal boron nitride (hBN) nanolayers (with or without twist) using a specially designed chemical exfoliation technique. The resulting hBN nanolayers are atomically clean and strain free, hence providing ideal MSLs for the investigation of their moir\'e potential. Aberration-corrected high resolution transmission electron microscopy measurements on the twisted hBN nanolayers allow us to observe moir\'e diffraction spots in Fourier space. Then, the moire potential is reconstructed by the inverse fast Fourier transform of the moire diffraction spots. It has been revealed that the local interlayer atomic overlap plays a decisive role in determining the periodicity and distribution of the moir\'e potential, as supported by density functional theory calculations. This work not only provides a general strategy to observe the moire potential in MSLs, but it also expands the application of electron microscopy to the further study of MSLs with atomic resolution.
评论: 30页,10幅图和12幅补充图
主题: 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall)
引用方式: arXiv:2411.07653 [cond-mat.mtrl-sci]
  (或者 arXiv:2411.07653v2 [cond-mat.mtrl-sci] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2411.07653
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Takashi Uchino [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2024 年 11 月 12 日 09:05:43 UTC (3,244 KB)
[v2] 星期三, 2025 年 2 月 5 日 02:42:15 UTC (3,448 KB)
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