Electronic properties of bilayer graphenes strongly coupled to interlayer stacking and an external electric field
具有可调带隙的双层石墨烯（BLG）作为石墨烯的替代品在实际应用中显得很有趣，因此其输运性质正受到积极追求。利用密度泛函理论和微扰分析，我们研究了在外加电场作用下，与最近观察到的复杂结构相关的各种堆叠结构的BLG的电子性质。我们建立了第一个相图总结了堆叠依赖的BLG的间隙开口为一个给定的字段。我们进一步确定了高密度的midgap状态，本地化的晶界上，即使在强电场下，这可以大大减少整体的运输间隙。
2015-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Strain-induced stacking transition in bilayer graphene
应变，无论是自然发生的还是故意设计的，都可以对2D和分层材料的结构和电子特性产生相当大的影响。单轴或双轴异质应变改变了双层石墨烯（BLG）的堆叠排列，从而影响了双层的电子结构。在这里，我们使用密度泛函理论（DFT）的计算，调查外部施加的异质应变和由此产生的堆叠在BLG之间的相互作用。我们确定如何施加到一个层的应变被转移到第二个，“自由”层，并在什么临界应变的基态AB堆叠被打乱。为了克服周期性边界条件的限制，我们考虑了一个近似系统，由一个无限的石墨烯片和扶手椅型石墨烯纳米管（AGNR）。我们发现，以上的临界应变的~ 1%，它是积极有利的自由层是无应变的，表明均匀的AB-堆叠和非均匀的混合堆叠之间的过渡。这与基于应变和堆叠效应的个体能量贡献的简单模型估计一致。我们的研究结果表明，小水平的应变提供了一个平台，可逆的工程堆叠顺序和莫尔功能的双层，提供了一个可行的替代twistronics工程拓扑和奇异的物理现象，在这样的系统。
2022-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Disruption of the $sp^2$ bonding by the compression of the $π$-electronic orbitals of graphene at various stacking orders
我们调查的$π$ -电子的压缩和石墨烯层的堆叠顺序的影响下的行为。首先，我们发现电子几乎不能被压缩通过$sp^2$网络，无论堆叠顺序。如所预期的，在沿着$\textit{c}$轴的压缩下的大幅变形的电子轨道（主要是$π$ -电子的那些）增加了石墨烯层之间的层间相互作用，但令人惊讶地以类似的方式用于A-A和Bernal堆叠。另一方面，大的面外压缩使A-A堆叠的石墨烯层的面内声子频率显著地且非常不同于Bernal堆叠层地偏移。我们将这些结果归因于$sp^2$ -电子在压缩下填充碳六边形中的低密度中心区域以进行A-A堆叠，从而导致$sp^2$ -成键的非单调变化。结果强烈建议不要忽视2D材料的3D特征。
2019-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Stacking-dependent electronic property of trilayer graphene epitaxially grown on Ru(0001)
Institute of Physics and University of Chinese Academy of Sciences, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所和中国科学院大学）
研究三层数码石墨烯在Ru(0001)上的生长、原子结构及电子性质，揭示不同堆叠顺序对密度态的影响，展示其作为探索石墨烯堆叠依赖电子性质的潜在平台。
2017-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Composition and Stacking Dependent Topology in Bilayers from the Graphene Family
我们提出了硅烯，锗烯，锡烯双层的第一性原理的组成和结构的调查。由于各个层的交错，几种堆叠模式是可能的，其中大多数对于双层石墨烯是不可用的。这种结构的多样性，结合自旋轨道耦合的存在，揭示了多样性的电子性质，与不同的频带功能，包括轨道杂化和带反转的外观。我们表明，对于特定的情况下，固有的自旋霍尔响应表现出签名的非平凡的电子能带拓扑结构，使这些结构有希望的候选人探测Dirac类物理。
2018-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Stacking control in graphene-based materials: a promising way for fascinating physical properties
石墨烯被定义为石墨的单个原子平面，是在价带和导带之间具有小重叠的半金属。石墨烯堆叠到几个原子层可以产生不同的物理性质，这取决于堆叠方式。双层石墨烯也是半金属，采用AB-堆叠（或Bernal-堆叠）结构或罕见的AA-堆叠结构。三层或几层石墨烯（FLG）可以是半金属或半导体，这取决于它是采用Bernal（ABA）堆叠还是菱形（ABC）堆叠。我们将对最近两种温和的方法进行展望，通过从ABC堆积到ABA堆积的局部过渡来控制堆积。相信随着石墨烯基材料的快速发展，这些用于堆叠控制的技术可以用于更复杂的结构，以实现迷人的性能和器件。
2019-02-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fingerprints of stacking order in graphene layers from ab initio second-order Raman spectra
我们提出了一个\textit{ab initio}研究的基础上的密度泛函理论的一阶和二阶拉曼光谱的石墨烯基材料具有不同的堆叠安排和层数。从单层和双层石墨烯到周期性石墨结构，我们研究了由同一组光子能量激发的一阶G带和二阶2D带的行为。前者在所有考虑的石墨烯基材料中非常相似，而在后者中，我们发现了单个结构的特征。随着系统的分析，在不同频率的入射辐射的二阶拉曼光谱，我们监测的拉曼信号，并确定从不同的声子模式，每个特定的安排的特征的贡献。通过与实验结果和先前基于替代方法的理论研究的良好一致性，我们的研究结果提出了一种有效的工具来探测和分析石墨烯和其他低维材料的指纹。
2018-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Raman spectroscopic characterization of stacking configuration and interlayer coupling of twisted multilayer graphene grown by chemical vapor deposition
采用化学气相沉积法（CVD）制备的多层石墨烯（MLG）是一种很有前途的电子和光电子器件材料。了解MLG的堆叠配置和层间耦合对于器件应用具有技术相关性和重要性。在这里，我们报道了一种扭曲的MLG（tMLG），这是由一个单层石墨烯堆叠在AB堆叠MLG的顶部，通过旋转一定的角度之间形成。tMLG的扭转角由扭转相关模式R和R '识别。随着N总层数的增加，tMLG薄片中观察到的层间剪切模式总是跟随AB堆叠的（N-1）LG的模式，而观察到的层间呼吸模式总是跟随AB堆叠的NLG的模式，与其扭转角无关。tMLG的层呼吸耦合与机械剥离的tMLG的层呼吸耦合几乎相同，这证明了通过CVD生长的MLG的高质量。本研究提供了一个可行的方法来探测堆叠配置和层间耦合的MLG的CVD或相关方法生长。这项工作也证明了通过CVD方法生长具有固定堆叠构型$e.g.$，t（1+ $n$）LG的MLG薄片的可能性。
2016-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Stacking sequence dependence of electronic properties in double-layer graphene heterostructures
采用第一性原理计算研究了双层石墨烯异质结构的稳定性和电子性质。在该系统中，两个石墨烯层由六方氮化硼（h-BN）层隔开，其用作绝缘屏障。结果表明，石墨烯与h-BN层之间的原子构型决定了体系的稳定性。在不同的堆积序列中，AB堆积序列最稳定。由于插入的h-BN层调节石墨烯层的碳原子的现场能量，因此系统的电子状态可以通过堆叠顺序分类为金属或半导体。轨道相互作用模型很好地描述了DLGH的能量能带结构与堆积顺序的关系。
2014-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric Field Control of Soliton Motion and Stacking in Trilayer Graphene
材料的晶体结构在决定其电子性质方面起着重要作用。从一种晶体结构到另一种晶体结构的变化涉及到通常由状态变量如温度或压力控制的相变。在三层石墨烯的情况下，有两种常见的堆叠配置（Bernal和菱面体），其表现出非常不同的电子性质。在具有两种堆叠配置的石墨烯薄片中，它们之间的区域由局部应变孤子组成，其中一个石墨烯层的碳原子移动碳-碳键距离。在这里，我们展示了移动这个应变孤子的能力与垂直的电场，从而控制堆叠配置的三层石墨烯只有一个外部电压。此外，我们发现两种堆积构型之间的自由能差与电场成二次关系，因此随着电场的增加，菱面体堆积是有利的。这种控制石墨烯堆叠顺序的能力为结合结构和电学特性的新型器件开辟了道路。
2014-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Silicene Beyond Mono-layers - Different Stacking Configurations And Their Properties
我们使用最先进的从头计算密度泛函理论计算的基础上的几何和电子性质的多层硅烯在不同的堆叠配置进行了计算研究。在这项工作中，我们研究了这些属性的演变与增加层数（n）范围从1到10。虽然单层硅烯具有与石墨烯相似的性质，但我们的研究结果表明，多层硅烯的几何和电子性质与多层石墨烯的几何和电子性质有着显著的不同。我们观察到，在硅烯的多层中的层之间存在强的层间共价键，而不是存在于石墨烯层之间的弱范德华键。层间键合强烈影响这些多层膜的几何和电子结构。与双层石墨烯一样，具有两种不同堆叠构型AA和AB的硅烯分别在费米能级附近表现出线性和抛物线色散。然而，与石墨烯不同，对于硅烯的双层，这些色散曲线在能带图中移动;这是由于后者中存在强的层间键合。当n > 3时，我们研究了具有AAAA、AABB、ABAB和ABC四种不同堆叠构型的多层膜的几何和电子性质。我们的结果表明，所有的多层考虑的内聚能是能量稳定的。此外，我们还发现含有四面体配位的三种堆积构型（AAAA、AABB和ABC）的结合能比Bernal（ABAB）堆积构型的结合能高得多。这与多层石墨烯的情况相反，其中ABAB被报道为最低能量构型。
2012-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Depressions by stacking faults in nanorippled graphene on metals
在二维材料中已经观察到各种各样的缺陷。这些缺陷中的许多缺陷可以通过自上而下的方法（例如电子辐照或化学蚀刻）产生，而其中一些缺陷是沿着自下而上的工艺产生的，特别是在材料的生长期间，在这种情况下，避免它们的形成可能具有挑战性。这发生在例如石墨烯中的位错、Stone-Wales缺陷或原子空位。在这里，我们解决了自2007年以来在Ru（0001）和Re（0001）等金属表面上的外延石墨烯中反复观察到的缺陷，但其性质迄今为止仍然难以捉摸。该缺陷在石墨烯的周期性纳米波纹形貌中具有空丘的外观，其与莫尔图案一起出现。基于原子模拟和扫描隧道显微镜/光谱测量，我们认为，这样的缺陷是拓扑的性质，其核心是一个堆垛层错补丁，无论是在石墨烯，由非六边形碳环包围，或在底层金属。我们讨论了这些缺陷的可能来源与最近的报道，形成亚稳多环碳分子石墨烯生长。与其他缺陷一样，从生产高质量石墨烯的角度来看，空丘可以被认为是有害的。然而，如果它们可以在石墨烯中组织，它们可能会允许设计新的光学，自旋或电子特性。
2020-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Stacking order effects on the energetic stability and electronic properties of $n$-doped graphene/h-BN van der Waals heterostructures on SiC(0001)
研究了由具有不同电子特性的堆叠二维材料制成的异质结构在创建多功能器件中的潜力。石墨烯（G）和六方氮化硼（h-BN）范德华（vdW）体系已经被广泛研究，包括最近关于在石墨烯/SiC（0001）模板上合成h-BN的研究。这些研究表明，h-BN封装可以发生除了VDW外延。本文对SiC（0001）衬底上具有碳缓冲层的G/h-BN异质结构进行了理论研究。结果显示，单层石墨烯下方的h-BN封装具有能量偏好：双层系统中的G/h-BN/SiC和三层系统中的G/h-BN/G/SiC。电子结构计算表明，石墨烯的线性能带色散在双层体系中得到保持，但由于石墨烯的电子掺杂水平不同，狄拉克点位于不同的能量位置。在三层系统中，石墨烯的掺杂水平也取决于堆叠顺序。G/h-BN/G/SiC的电子能带结构在费米能级以下具有两个能量不同的狄拉克点。较不稳定的系统如G/G/h-BN/和h-BN/G/G/SiC在费米能级附近显示抛物线带。基于C-1 s核心能级位移（CLS）和碳K边X射线吸收近边光谱（XANES）的模拟进行了额外的结构表征，以帮助这些石墨烯/h-BN vdW系统中的未来实验光谱。
2023-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Stacking-Mediated Diffusion of Ruthenium Nanoclusters in Graphite
金属原子掺杂剂的扩散、渗透和嵌入是工程和纳米技术中各种石墨应用的重要问题。我们已经进行了系统的第一性原理计算的行为钌纳米团簇的石墨烯单层和插入到双层。我们的计算结果表明，在一个足够高的密度的单个Ru原子的mentials，插入的原子可以剪切周围的晶格AA堆叠配置，这种效果减弱与集群的大小。此外，层间堆叠配置，反过来，有一个显着的影响集群扩散。因此，我们发现不同的趋势扩散作为集群大小和层间堆叠的函数。对于单层石墨烯和AA石墨烯双层，小簇的形成通常降低扩散势垒，而对于优选的AB堆叠配置发现相反的行为。这些结果表明，局部杂质浓度和层间错位的条件能够调节金属杂质在石墨中的扩散率。
2022-04-15 cond-mat.mtrl-sci
G band Raman double resonance in twisted bilayer graphene: an evidence of band splitting and folding
堆垛层错（偏离Bernal）将破坏多层石墨烯的平移对称性，并在一定程度上改变它们的电子和光学行为，这取决于层间耦合强度。研究了堆叠诱导能带分裂和折叠对扭曲双层石墨烯电子能带结构的影响。基于第一性原理密度泛函理论研究，我们预测石墨烯层的能带折叠效应可能使G带拉曼双共振在可见光激发范围内发生。这样的预测证实了实验与我们的拉曼观察，共振G模式的共振能量强烈依赖于石墨烯层的堆叠几何形状。
2009-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of transferred graphene/h-BN van der Waals heterostructures with nonzero stacking angles by nano-ARPES
在范德华异质结构中，来自莫尔超晶格的周期性电势可以用作控制旋钮来调节组成材料的电子结构。在这里，我们提出了一个纳米角度分辨光电子能谱（Nano-ARPES）研究转移石墨烯/h-BN异质结构与两个不同的堆叠角分别为2.4°和4.3°。我们的测量揭示了超晶格布里渊区（SBZ）中心的石墨烯狄拉克锥的六个副本。SBZ的大小和它相对于石墨烯BZ的旋转角与从原子力显微镜（AFM）测量中提取的莫尔超晶格周期吻合得很好。与具有0°堆叠角的外延石墨烯/h-BN的比较表明，石墨烯和h-BN之间的相互作用随着堆叠角的增加而降低。
2017-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origin of Universal Optical Conductivity and Optical Stacking Sequence Identification in Multilayer Graphene
我们表明，在正常的$N$层的石墨烯多层膜的通用光学电导率的起源是一个新兴的手征对称性，保证了$σ(ω)=Nσ_{uni}$在低和高的频率限制。[ $σ_{uni}=(π/2) e^2/h$ ].我们使用这种物理关系到中频电导率趋势的多层堆叠序列的定性特征。
2009-08-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
First principles investigation of nitrogenated holey graphene
氮化多孔石墨烯（NHG）因其半导体性质而备受关注。然而，堆叠顺序和缺陷的性质还没有被调查。在这封信中，NHG的结构和堆叠性能进行了研究。我们得到了最稳定的堆积结构。然后，研究了块体和多层NHG的能带结构。讨论了应变对带隙和键合特性的影响。此外，我们还研究了NHG中碳空位（VC）、碳间隙（Ci）、氮空位（VN）和氮间隙（Ni）等本征缺陷的形成机制。这些原生缺陷的形成能和过渡水平进行了评估。
2017-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Topologically confined states at corrugations of gated bilayer graphene
我们研究了具有一个波纹层的门控双层石墨烯的电子和输运性质，这导致了堆叠的AB/BA边界。当一个栅极电压被施加到一个层，拓扑保护的间隙状态出现在该层，这揭示了作为强大的传输通道沿堆叠边界。随着量子阱尺寸的增加，出现了更局域化的量子阱态。这些有限大小的状态也是导电的沿折叠，但在相反的堆叠边界状态，这是无间隙的，他们提出了一个间隙。我们还研究了双层石墨烯中的周期性波纹;我们的研究结果表明，AB-和BA-堆叠区域之间的这种波纹表现为导电通道，可以很容易地通过它们的形状来识别。
2015-06-15 cond-mat.mtrl-sci
A general relation between stacking order and Chern index: a topological map of minimally twisted bilayer graphene
我们推导出描述双层石墨烯的两层的相对移位的堆叠矢量${\bf u}$与陈氏指数之间的一般关系。我们发现$C = ν- \text{sign}\left(|V_{AB}|-|V_{BA}|\right)$，其中$ν$是一个谷指数和$|V_{αβ}|$的堆积势的绝对值，依赖于${\bf u}$和唯一地确定层间相互作用; AA堆积在拓扑字符中没有发挥作用。通过这个表达式，我们表明，虽然理想和松弛的最小扭曲双层石墨烯看起来如此不同，以至于几乎是不同的材料，但它们的陈氏指数图是完全相同的。因此，这种材料的拓扑物理对晶格弛豫具有很强的鲁棒性。
2020-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Corrugation induced stacking solitons with topologically confined states in gapped bilayer graphene
石墨烯作为一种原子厚度的超软薄膜，几乎没有抵抗面外变形的能力，因此，它总是在一定程度上起皱。近年来，人们对单层石墨烯的波纹结构及其对电子性质的影响进行了广泛的研究。然而，在双层石墨烯中的类似实验研究尚未报道。在这里，我们表明，双层石墨烯中的波纹可以产生公度Bernal堆叠域之间的非公度堆叠孤子（域壁）。利用扫描隧道显微镜，我们从微观上研究了在均匀层间电势差下，由波纹诱导的AB和BA双层结构中的堆积孤子的电子结构。在纳米尺度下观察到拓扑无带隙边缘态和准局域带隙类量子阱态。沿堆叠孤子的拓扑边缘态的原子分辨率映射揭示了它们之间存在谷间散射，这可以解释最近的实验中，沿带隙石墨烯双层畴壁的电导小于量子化值4e2 h。
2016-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically tunable plasma excitations in AA-stacking multilayer graphene
利用紧束缚模型和无规相位近似研究了简单六角堆积多层石墨烯中的库仑激发，并讨论了场效应。计算结果包括能带、响应函数和等离子体色散。一个垂直的电场被预测为诱导显着的电荷转移，从而能够操纵的能量，强度和等离子体振子模式的数量。这可以通过非弹性光散射或电子能量损失光谱进一步验证。
2014-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of layer number and layer stacking registry on the formation and quantification of defects in graphene
石墨烯样品中缺陷的正确定量对于基础研究和应用研究都是至关重要的。拉曼光谱代表了用于识别石墨烯中缺陷的最广泛使用的工具。然而，尽管其极其重要的拉曼特征和多层石墨烯样品中的缺陷量之间的关系尚未得到实验验证。在这项研究中，我们有意制造缺陷的单层石墨烯，乱层双层石墨烯和Bernal堆叠的双层石墨烯的氧等离子体。通过同位素标记，我们的研究揭示了等离子体处理对具有不同堆叠顺序的双层石墨烯中的各个层的影响的实质性差异。此外，拉曼光谱证据散射的声子在底层的缺陷在顶层的Bernal堆叠的样品，这通常会导致高估的缺陷的数量多达两倍。
2021-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of Chirality Transition of Quasiparticles at Stacking Solitons in Trilayer Graphene
三层石墨烯（TLG）由于其准粒子的增强的电子相互作用和可调的手征性而表现出丰富的新颖电子性质和非凡的量子霍尔现象。本文报道了利用空间分辨朗道能级谱直接观测到的TLG中准粒子在叠层孤子中的手征跃迁。一维堆积孤子的宽度为10 nm量级，将相邻的Bernal堆积TLG和菱形堆积TLG分开。利用扫描隧道显微镜的高场隧穿谱，我们测量了Bernal堆叠TLG和菱面体堆叠TLG中的Landau量子化，重要的是，我们观察到了准粒子在手性度l = 1&2和l = 3之间穿过堆叠畴壁孤子的演化。实验结果表明，在畴壁孤子附近，这种手征性的转变是平滑的，并伴随着TLG的堆垛阶的转变。这一结果证明了石墨烯系统中准粒子的晶体学堆叠顺序和手性之间的重要且迄今被忽视的关系。
2016-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Susbtrate-Induced Stabilization and Reconstruction of Zigzag Edges in Graphene Nanoislands on Ni(111)
我们结合扫描隧道显微镜（STM）和密度泛函理论（DFT）的实验观察，揭示了Ni（111）上石墨烯最稳定的边缘结构以及堆叠驱动的激活和抑制边缘重构的作用。根据最外层碳原子相对于中空和顶部Ni位点的位置，锯齿形边缘具有非常不同的能量。三角形石墨烯纳米岛仅由更稳定的锯齿形中空边缘约束。在六边形纳米岛中，其被几何形状约束为沿着其周边交替的锯齿形中空和锯齿形顶部边缘，只有中空边缘是稳定的，而顶部边缘自发地重建成（57）五边形-七边形结构。原子分辨的STM图像与石墨烯和Ni位点的顶面-fcc或顶面-hcp外延堆叠一致，其中前者受到DFT的青睐。最后，我们发现，有一个一对一的关系之间的边缘类型，石墨烯堆叠，和取向的石墨烯岛。
2015-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Large Scale Synthesis of Bi-layer Graphene in Strongly Coupled Stacking Order
近年来，通过化学气相沉积（CVD）大规模合成单层石墨烯（SLG）受到了广泛关注。然而，AB堆叠双层石墨烯（BLG）的CVD合成仍然是一个具有挑战性的工作。本文报道了用热CVD法大面积均匀合成BLG。CVD BLG的2D拉曼谱带分裂成四个分量，表明由于强的层间耦合导致电子带分裂。通过瞬态吸收光谱探测的近红外（NIR）吸收和载流子动力学的研究，进一步证明了CVD BLG中电子能带的分裂。紫外光电子能谱学研究也表明CVD BLG和CVD SLG具有不同的电子结构。BLG的生长机制与Cu表面的催化活性有关，而Cu表面的催化活性取决于CVD工艺中所用铜箔的纯度。我们的工作表明，强耦合甚至AB堆叠的BLG可以在Cu箔上大规模生长，这对于基于其分裂电子能带的器件应用特别重要
2010-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Electron transmission through the stacking domain boundary in multilayers graphene
本文从理论上研究了多层石墨烯中电子通过AB-BA层间界面的传输。利用紧束缚模型和转移矩阵方法，计算了从双层到五层多层膜中电子通过边界的几率随电子费米能级的变化。我们发现，特别是在带接触点附近的传输被强烈抑制，这表明在一般的多层石墨烯的电子导电性显着干扰堆垛层错。层错对导电性的抑制作用在双层石墨烯中最强，随着层数的增加而逐渐减弱。在大的载流子密度下，我们观察到了三层和五层结构的透射率比双层和四层结构的透射率低的奇偶效应，这与奇层结构中存在的类单层线性带有关。对于双层石墨烯，我们还研究了垂直电场打开一个能隙的效果，并表明在固定的载流子密度下，能带变形增强了电子传输。
2015-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic and optical properties of stacking-configuration-modulated bilayer graphene in electric and magnetic fields
利用紧束缚模型和Kubo公式分别研究了几何调制和场调制双层石墨烯系统的电子性质和光激发。双层石墨烯的堆叠对称性可以通过改变两个正常堆叠的石墨烯内的畴壁（DW）的宽度和位置来操纵。在外场作用下，考虑了所有层间相互作用。堆垛组态的调制引起的能带折叠的能量子带，子包络波函数，态密度和光学吸收谱的显着影响。这项研究清楚地说明了不同的一维现象的能带结构和吸收光谱的DW-和$V_z$ -创建的戏剧性的变化进行了全面的探讨下精确的计算和细致的分析。简明的物理图片，提出了进一步深入了解准一维行为。
2019-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stacking domains in graphene on silicon carbide: a pathway for intercalation
碳化硅（SiC）上的石墨烯在未来的石墨烯电子应用中具有巨大的潜力，因为它可以在晶圆级上获得，并且可以通过将各种原子插入石墨烯/SiC界面来定制其特性。然而，目前尚不清楚原子如何在这种广泛使用的嵌入过程中穿过不可渗透的石墨烯层。在这里，我们证明，与目前的共识相反，SiC上的石墨烯层是不均匀的，而是由不同的晶体堆叠域组成。我们表明，这些畴是在生长过程中本质上形成的，并且畴之间的位错主导了（脱）插层动力学。定制这些位错网络，例如通过衬底工程，将增加对嵌入过程的控制，并可能为二维超结构中的拓扑和相关电子现象开辟一个运动场。
2018-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bulk-scale synthesis of randomly stacked graphene with high crystallinity
由于块体形式的AB-堆叠石墨烯的强层间相互作用降低了单层石墨烯的优异性质，因此需要形成随机堆叠的石墨烯以将石墨烯的高性能应用于宏观器件。然而，获得大规模石墨烯的常规方法遭受低结晶度和/或形成结晶稳定的AB-堆叠结构。本研究开发了一种新的方法，通过利用氧化石墨烯海绵的多孔形态和用乙醇蒸汽在1500-1800 °C的恒温处理来生产具有高结晶度和高随机堆叠分数的大规模石墨烯。拉曼光谱表明，所获得的大规模石墨烯海绵具有高结晶度和高达80%的无规堆叠分数。海绵和聚集体样品之间的随机堆积比的巨大差异证实了乙醇衍生物质进入内部区域的重要性。通过研究处理温度的影响，在1500 °C时获得较高的无规堆积率。此外，通过引入纤维素凝胶作为间隔物以防止石墨烯的直接堆叠，AB-堆叠分数降低至小于10%。所提出的方法是有效的大规模生产的高性能块规模石墨烯。
2023-02-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetotransport Properties of Quasi-Free Standing Epitaxial Graphene Bilayer on SiC: Evidence for Bernal Stacking
我们研究了SiC上的准独立外延石墨烯双层的磁输运性质，该石墨烯双层是通过在Ar中的大气压石墨化，然后通过H $_2$插层而生长的。在电荷中性点的纵向电阻表现出绝缘行为，它遵循的温度依赖性与可变范围跳跃运输在带隙状态一致。在垂直磁场中，我们观察到了填充因子为4倍（$ν$）的量子霍尔态（QHS），以及在$ν=0$和$ν=6$的破谷对称性QHS.这些结果明确地表明，在SiC的Si面上生长的准自立式石墨烯双层表现出Bernal堆叠。
2011-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stacking-enriched magneto-transport properties of few-layer graphenes
利用Kubo公式和广义紧束缚模型研究了滑动双层石墨烯和AAB堆叠三层体系中的量子霍尔效应。不同的堆叠结构可以使磁量子化大大多样化，从而产生丰富而独特的输运性质。量子电导率对费米能级和磁场强度非常敏感。不同的特征包括特定的非整数电导率，具有不同台阶的整数电导率，分裂产生的量子电导率的简化和复杂性，在中性点处的消失或非零电导率，以及场依赖性中的井状，阶梯，复合和异常平台结构。这种依赖于堆叠的特性主要来源于朗道能级的交叉、反交叉和分裂能谱以及三种量子化模式。
2017-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Creating Magnetic Fields in excess of 1000 T by Misoriented Stacking in a Graphene Bilayer
石墨烯单层中的晶格形变改变了电子在亚晶格中的跳跃，影响了电子的面内运动，可以产生高达100 T的面外赝磁场.在这里，我们证明了石墨烯双层中的堆叠取向差模拟了大于1000 T的巨大面内伪磁场对电子层间跳跃的影响。除了讨论面内赝磁场和扭曲对Bernal石墨烯双层电子能带结构的影响之间的相似性之外，我们还指出，面内磁场（或扭曲）可以改变石墨烯双层的低能赝自旋织构（赝自旋缠绕数从2减少到1），从而将准粒子的手征性从自旋1改变为自旋1/2。我们的研究结果说明了通过引入面内磁场或扭曲来可控地操纵Bernal石墨烯双层的电子性质的可能性。
2013-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Local atomic stacking and symmetry in twisted graphene trilayers
本文利用干涉式4D-STEM成像多种扭转石墨烯三层结构，揭示了不同于既往认识的莫尔晶格弛豫行为及其对原子堆叠对称性与关联相的调控作用。
2024-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dependence of band structures on stacking and field in layered graphene
新型的层状石墨烯系统在理论和应用上都引起了人们的兴趣。用密度泛函理论研究了多层石墨薄膜的稳定性、能带结构及其对沿c轴方向外加电场的依赖性。我们预测Bernal型和菱面体型三层和四层石墨膜具有稳定性。包括AB-双层膜在内的菱形体系在垂直电场作用下呈现出可变的带隙，而Bernal型体系则保持半金属态。
2007-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of Layer-Stacking on the Electronic Structure of Graphene Nanoribbons
采用包含层间范德华相互作用的\textit{ab initio}密度泛函理论（DFT）研究了石墨烯纳米带（GNR）的电子结构随堆叠层数的变化.多层扶手椅型GNRs（AGNRs），类似于单层AGNRs，根据其宽度表现出三类带隙。在锯齿形GNRs（ZGNRs）中，由层间相互作用引起的几何弛豫在决定磁极化和能带结构方面起着至关重要的作用。与铁磁层间耦合相比，反铁磁层间耦合更加稳定。具有AF层内和AF层间耦合的ZGNR具有有限的带隙，而具有FM层内和AF层间耦合的ZGNR不具有带隙。双层ZGNR的基态是非磁性的，具有小但有限的带隙。与单层ZGNRs相比，多层ZGNRs中的磁有序不太稳定。双层GNR的准粒子GW校正小于单层GNR，因为双层GNR中的库仑效应比单层GNR中的库仑效应小。
2011-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Stacking domain morphology in epitaxial graphene on silicon carbide
可以通过热分解在碳化硅上的碳缓冲层的顶部上生长平台尺寸的、单取向的石墨烯。尽管其外观均匀，但观察到电子输运性质的惊人的大变化。在这里，我们采用像差校正低能电子显微镜（AC-LEEM）来研究这种变异性的可能原因。我们表征了高质量样品的石墨烯和缓冲层之间的堆叠域的形态。类似于扭曲双层石墨烯的情况，在生长温度下石墨烯层和缓冲层之间的晶格失配导致具有AB和BA堆叠之间的域边界的莫尔图案。我们分析这个莫尔图案来表征相对应变并计算刃位错的数量。此外，我们表明，外延石墨烯在碳化硅上是接近相变，导致本征无序的形式共存的各向异性条纹域和各向同性的三角域。使用自适应几何相位分析，我们确定精确的相对应变变化所造成的这些领域。我们观察到，SiC衬底的台阶边缘的域的取向的影响，我们讨论的生长过程中的哪些方面影响这些效果通过比较来自不同来源的样品。
2022-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Semimetallic and semiconducting graphene-hBN multilayers with parallel or reverse stacking
该研究理论分析交替石墨烯-hBN三维层状晶体，揭示层间跃迁参数可导致半金属、有带隙或Weyl半金属相，证明二维材料堆叠能产生不同于组分的涌现特性。
2023-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Direct Probing Stacking Order and Electronic Spectrum of Rhombohedral Trilayer Graphene with Scanning Tunneling Microscopy
近年来，菱形三层石墨烯（r-TLG）由于其低能平带而引起了人们的广泛关注，并被预测会导致许多强关联现象。在这里，我们证明，它是可能的探测堆叠顺序和电子光谱的r-TLG直接与扫描隧道显微镜周围的顶部石墨烯层的单原子台阶边缘。隧穿光谱的r-TLG表现出四个相邻的峰，这是由低能平带产生的，两侧的电荷中性点。基于这些光谱，确定了r-TLG的真实能隙和K点处的能隙分别为约9 meV和23 meV。所观察到的功能是很好地再现了一个低能量的有效哈密顿量。
2014-11-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Three-Fold Diffraction Symmetry in Epitaxial Graphene and the SiC Substrate
利用低能电子衍射（LEED）和低能电子显微镜（LEEM）暗场成像技术研究了SiC衬底上石墨烯薄膜的晶体学对称性和堆叠畴的空间分布。我们发现，从2和3个原子层的石墨烯的石墨烯衍射斑点具有3重对称性与AB（Bernal）堆叠的层一致。相反，来自缓冲层和单层石墨烯的石墨烯衍射斑点具有明显的6重对称性，尽管卫星斑点的3重性质表明石墨烯片中的更复杂的周期性。
2011-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Stacking, Strain, & Twist in 2D Materials Quantified by 3D Electron Diffraction
二维（2D）材料的领域已经扩展到多层系统，其中电子，光学和机械性能随着堆叠顺序，厚度，扭曲和层间距而变化-通常是戏剧性的[1-5]。对于过渡金属二硫属化物（TMD），单个范德华层内的键配位改变了面外对称性，这可能导致金属-绝缘体转变[1，6]或出现量子行为[7]。辨别这些结构序参量往往是困难的，使用真实空间的测量，然而，我们显示2D材料具有独特的，明显的三维（3D）结构在倒易空间描述的近无限振荡布拉格棒。结合电子衍射和样品倾斜，我们在所有三个维度上探测布拉格棒，以确定几种2D材料（包括TMD（MoS 2，TaSe 2，TaS 2）和多层石墨烯）的亚埃精度的多层结构。我们演示了定量测定的关键结构参数，如表面粗糙度，层间和层内间距，堆叠顺序，和层间扭曲使用一个基本的透射电子显微镜（TEM）。我们准确地表征了多层石墨烯（1-，2-，6-，12-层）的完整层间堆叠顺序以及MoS 2的层内结构，并提取了3.07 +/- 0.11埃的硫族元素-硫族元素层间距。此外，我们展示了多层菱面体石墨烯的快速识别。
2019-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Mixed-Stacking Few-Layer Graphene as an Elemental Weak Ferroelectric Material
本文发现少层石墨烯可通过层间滑动实现可切换的面外电极化，并提出混合堆叠四层、含孪晶界的菱方石墨膜及小角度扭转少层石墨烯中的畴网络均可承载这种元素性弱铁电性。
2023-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Twisted bilayer zigzag-graphene nanoribbon junctions with tunable edge states
堆叠二维层状材料，如石墨烯和过渡金属二硫属化物与非零层间扭转角最近已成为有吸引力的，因为新的物理性能的出现。一维纳米材料的堆叠提供了横向堆叠偏移作为用于调制所得材料性质的附加参数。在这里，我们报告的扭曲双层锯齿形石墨烯纳米带（TBZGNRs）的边缘状态可以调整与扭曲角和堆叠偏移。通过密度泛函理论（DFT）计算首次揭示了在堆积区的强边态变化。利用扫描隧道显微镜在Au（111）表面构建并表征了扭曲双层锯齿形石墨烯纳米颗粒（TBZGNR）体系。三个典型的正交TBZGNR结表现出不同的堆叠偏移通过扫描隧道光谱的详细分析揭示了新兴的近零能量状态。通过与密度泛函理论计算结果的比较，我们得出结论：边缘态的产生是由于平带的形成，平带的能量和自旋简并度随堆叠偏移量的变化是高度可调的。我们的工作突出了2D和1D twistronics之间的根本区别，并刺激进一步调查扭曲的一维系统。
2023-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pressure-induced commensurate stacking of graphene on boron nitride
将原子级薄的范德华材料结合到异质结构中为设计电子器件的创建提供了强大的途径。相邻层之间的相互作用强度，最容易通过它们的层间分离控制，可以对这些复合材料的电子性质具有显着的影响。在这里，我们展示了前所未有的控制层间相互作用，通过局部修改石墨烯和氮化硼之间的层间分离，我们通过施加压力与扫描隧道显微镜尖端实现。对于氮化硼上的对齐或接近对齐的石墨烯的特殊情况，石墨烯晶格可以局部拉伸和压缩以补偿两种材料之间的轻微晶格失配。我们发现，修改层间分离直接调谐的晶格应变，并诱导相称的尖端下方的堆叠。我们的研究结果激励未来的研究定制的范德华异质结构的电子特性，通过控制整个设备的层间分离，使用静水压力。
2017-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stacking of nanocrystalline graphene for Nano-Electro-Mechanical (NEM) actuator applications
石墨烯纳米机电开关由于其良好的开关性能，如低吸合电压和低接触电阻，是很有前途的组件。用适当的对电极进行大规模制造仍然具有挑战性。在这项工作中，我们报告的堆叠纳米晶石墨烯（NCG）与70纳米的介电分离层。掩埋的NCG层通过通孔的形成而接触并且充当致动电极。金属化后，顶部7.5 nm的薄NCG层被图案化以形成双钳位梁，并且通过氢氟酸蚀刻释放该结构。通过在顶部和掩埋NCG层之间施加电压，观察到低于1.5V的阶梯状电流增加，这是由可移动梁与掩埋NCG的接触引起的。由于薄的牺牲层和高的梁长度，没有观察到拔出，导致低的机械回复力。我们讨论了可能的应用NCG堆叠的方法来实现纳米机电（NEM）接触开关和先进的逻辑组件，如与逻辑。
2019-01-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Reduction of Fermi velocity in folded graphene observed by resonance Raman spectroscopy
成功制备了偏离AB堆积的1+1层折叠石墨烯片，并利用拉曼光谱研究了其电子结构。与单层石墨烯（SLG）相比，观察到折叠石墨烯的2D带的显著蓝移。这归因于折叠石墨烯的SLG样电子结构，但费米速度减慢（约5.6%）。对于不同的折叠石墨烯，观察到2D带的不同量的蓝移，这可能对应于两个层之间的不同扭转角和/或分离，导致折叠石墨烯的不同费米速度。通过拉曼光谱可以研究具有不同堆叠顺序（两层之间的扭曲和分离以及两层的面内移位）的1+1折叠石墨烯样品的电子结构。
2008-05-13 cond-mat.mtrl-sci
The Nature of Interlayer Binding and Stacking of $sp$-$sp^{2}$ Hybridized Carbon Layers: A Quantum Monte Carlo Study
$α$ -石墨炔是蜂窝晶格中的$sp$ - $sp^2$杂化碳原子的二维片。虽然几何结构类似于石墨烯的几何结构，但杂化的三键产生了与石墨烯不同的电子结构。类似于石墨烯，$α$ -石墨炔可以堆叠在具有两种稳定构型的双层中，但是不同的堆叠具有非常不同的电子结构：一种被预测为具有无带隙抛物线带，另一种具有可调带隙，这对于应用是有吸引力的。为了实现应用程序，了解哪种堆叠更稳定至关重要。这是难以建模的，因为稳定性是弱层间范德华相互作用的结果，其不能很好地被密度泛函理论（DFT）捕获。我们已经使用量子蒙特卡罗模拟，准确地包括范德华相互作用，计算双层石墨炔的层间结合能，并确定其最稳定的堆叠模式。我们的研究结果表明，层间结合的$sp$ -和$sp^{2}$ -键合碳网络显着低估了Kohn-Sham DFT方法，即使与交换相关势校正，包括在一些近似，范德华相互作用。最后，我们的量子Monte Carlo计算表明，层间结合能之间的两个堆叠模式的差异仅为0.9（4）meV/原子。由此我们得出结论，双层$α$ -石墨炔的两种稳定堆叠模式几乎彼此简并，并且两者在室温下将以大约相同的概率发生，除非存在优选一种堆叠超过另一种堆叠的合成路径。
2017-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring energy landscape of graphene nanostructures on graphene and realizing atomically precise graphene origami using tilt grain boundaries
在二维范德华材料中，相邻层之间的相对扭转角不仅控制了它们的电子性质，而且决定了它们的堆叠能。这种效应使得更容易实现vdWs材料的能量有利的配置，例如双层石墨烯的Bernal堆叠结构。在这里，我们证明了我们可以可控地定制石墨烯纳米结构在石墨烯上的粘附能量景观，并通过使用一维倾斜晶界（GB）来稳定具有可调扭转角的系统。具有由倾斜GB分开的不同堆叠级的面积比被连续地调谐，这提供了新的自由度来定制系统的能量景观。由于倾斜GB分隔的不同堆叠顺序，我们可以沿着一维边界精确地重复折叠和展开石墨烯纳米结构，展示了实现原子级精确石墨烯折纸的能力。
2021-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gas phase condensation of few-layer graphene with rotational stacking faults in an electric-arc
研究了在不同非反应性缓冲气体中，外加磁场调制的直流碳弧中制备少层石墨烯（FLG）的效率。研究了缓冲气体对FLG合成过程中阳极腐蚀速率和阴极沉积物（CD）形成速率的影响。采用透射电子显微镜、选区电子衍射、拉曼光谱和X射线衍射分析等手段对所合成的环糊精的组成进行了研究。一个合理的增长机制，这样的FLG的预测。结果表明，在一个参数优化的条件下，这种电弧可以有效地产生FLG的旋转堆垛层错在几个g/min的生产率。一个指导方针，这样的FLG的层数控制也已建议。
2012-08-12 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Nanoscale infrared and microwave imaging of stacking faults in multilayer graphene
本研究提出两种基于原子力显微镜的技术（AFM-IR和sMIM），用于高对比度区分石墨烯堆垛序、亚表面成像及纳米级畴壁识别，为可靠制造层间配准明确的多层石墨烯器件铺平道路。
2025-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Twist-Angle Engineering of Moiré Potentials for High-Performance Ionics in Bilayer Graphene
Institute of Industrial Science, The University of Tokyo（东京大学工业科学研究所）
研究通过第一性原理密度泛函理论探讨双层石墨烯中锂插层行为，发现Sigma 37结构在扭角9.43度时同时实现最优插层能与最低扩散势垒，解决了传统堆叠配置的矛盾。
2026-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Stacking-Dependent Band Gap and Quantum Transport in Trilayer Graphene
在多层电子系统中，堆叠顺序提供了一个很少探索的自由度来调整其电子特性。在这里，我们展示了显着不同的输运性质的三层石墨烯（TLG）与不同的堆叠顺序。在狄拉克点，ABA堆叠的TLG保持金属性，而ABC对应物变得绝缘。后者在低温下表现出类似间隙的dI/dV特性，在较高温度下表现出热激活传导，表明本征间隙约为6 meV。在磁场中，除了在填充因子ν=0时的绝缘状态外，ABC TLG在ν=-30、\pm 18、\pm 9处表现出量子霍尔平台，每个平台在更高的磁场下分裂成3个分支。这种分裂是由三角翘曲引起的Lifshitz转变的特征，只在ABC TLG中发现，并且与理论半定量一致。我们的研究结果强调了具有不同堆叠顺序的三层石墨烯中丰富的相互作用诱导现象，以及其在电子应用方面的潜力。
2012-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Graphene-hBN interlayer interactions from quantum Monte Carlo
本研究针对石墨烯与hBN层间相互作用问题，采用QMC方法生成堆垛构型能量数据并拟合ILP模型，提供了更可靠的势函数，实现了异质结构特性高精度预测并开放势函数用于复杂系统模拟。
2025-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structure of Single-Twist Trilayer Graphene
小扭转角双层石墨烯支持强相关绝缘态和超导电性。扭曲的少层石墨烯系统很可能为莫尔超晶格中的强关联物理开辟新的方向。我们推导并研究了莫尔带模型，该模型描述了石墨烯三层结构的电子结构，其中三层中的一层相对于完美的AAA，ABA或ABC堆叠排列被扭曲了一个小角度。我们发现，电子结构非常强烈地依赖于开始堆叠的安排，并在哪一层是扭曲的。我们确定ABA堆叠与中间层扭曲作为一个有前途的系统巡回电子磁性，甚至更强大的超导性，因为它表现出在费米能级附近的能量大，小的速度带。
2019-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
