Bias induced up to 100% spin-injection and detection polarizations in ferromagnet/bilayer-hBN/graphene/hBN heterostructures
我们研究自旋输运在一个完全hBN封装单层石墨烯范德华（vdW）异质结构，在室温下。双层hBN的顶层用作具有铁磁钴电极的石墨烯中的自旋注入和检测的隧道势垒。我们报告了在+0.6V的正偏压下高达50%（135%）的令人惊讶的大的和偏压诱导的（差分）自旋注入（检测）极化，以及在-0.4V的反向偏压下高达-70%（-60%）的符号反转极化。这证明了双层-hBN隧道势垒对于实际石墨烯自旋电子学应用的潜力。通过这种增强的自旋注入和检测极化，我们报告了一个记录的两端（反转）自旋阀信号高达800 $Ω$的磁阻比为2.7%，我们实现了高达4.1 meV的自旋积累。我们提出了如何进一步增加这些数字，为未来技术相关的石墨烯为基础的自旋电子器件。
2017-04-05 cond-mat.mes-hall
Winding Berry dipole on uniaxially strained graphene/hBN/hBN moiré trilayers
本文结合从头算与紧束缚及半经典方法，研究单轴应变 graphene/hBN/hBN 莫尔三层结构，揭示局域势修正使 Berry 偶极子在莫尔晶格中转向并缠绕。
2024-12-13 cond-mat.mes-hall
Heterostructures of graphene and hBN: electronic, spin-orbit, and spin relaxation properties from first principles
我们进行了广泛的第一性原理计算的异质结构组成的单层石墨烯和六方氮化硼（hBN）。采用一个基于量子力学的最小紧束缚模型，我们提取了hBN上石墨烯的轨道和自旋轨道耦合（SOC）参数，以及hBN封装的石墨烯。我们的计算表明，这些参数取决于石墨烯在hBN上的特定堆叠构型。我们还对不同的石墨烯/hBN堆叠进行了层间距离研究，以找到相应的最低能量距离。对于非常大的层间距离，可以恢复原始的石墨烯性质，如我们从参数对层间距离的依赖性中发现的。此外，我们发现，轨道和SOC参数，特别是Rashba的，强烈依赖于所施加的横向电场，自旋物理提供了丰富的操场。有了模型参数，我们采用Dyakonov-Perel公式计算石墨烯/hBN异质结构中的自旋弛豫。我们发现自旋寿命在纳秒范围内，与最近的测量。自旋弛豫各向异性，是面外到面内自旋寿命的比率，被发现是巨大的接近电荷中性点，随着掺杂的增加而减少，并且通过外部横向电场高度可调。这与双层石墨烯相反，在双层石墨烯中，外场使自旋弛豫各向异性饱和。
2019-03-28 cond-mat.mes-hall
Quasiparticle bandgap engineering of graphene and graphone on hexagonal boron nitride substrate
石墨烯在后硅电子领域有着巨大的前景，然而，它面临着两个主要挑战：打开带隙和找到合适的衬底材料。原则上，六方氮化硼（hBN）衬底上的石墨烯提供了克服这些挑战的潜在系统。最近的理论和实验研究提供了相互矛盾的结果：虽然理论研究表明hBN上石墨烯的有限带隙的可能性，但最近的实验研究发现没有带隙。采用第一性原理密度泛函方法和多体微扰理论，研究了hBN衬底上的石墨烯。在hBN上的Bernal堆叠的石墨烯具有大约0.1eV的带隙，当石墨烯相对于hBN未对准时，该带隙消失。后者是现实设备中可能出现的情况。相比之下，如果氢化负载在hBN上的石墨烯，则所得系统（石墨烯酮）表现出大于2.5eV的带隙。虽然石墨烯/hBN中的带隙开口是由于对称性破缺并且容易受到轻微扰动（例如未对准）的影响，但是石墨烯带隙是由于化学官能化并且在存在未对准的情况下是稳健的。由于石墨酮/hBN界面的极化效应，石墨酮负载在hBN上时，其禁带宽度减小了约1 eV。在graphone/hBN界面处的能带偏移表明，hBN不仅可以用作衬底，而且可以用作采用graphone作为沟道材料的场效应器件中的电介质。本研究为石墨烯基纳米结构的带隙工程开辟了新的途径。
2011-10-26 cond-mat.mes-hall
Coherent tunneling and negative differential conductivity in graphene-hBN-graphene heterostructure
我们解决了石墨烯-hBN-石墨烯异质结构中的隧穿电流作为晶体之间的扭曲的函数。扭曲引起石墨烯层之间的跳跃幅度的调制，这提供了满足动量和能量守恒以及激活石墨烯电极之间的相干隧穿所需的额外动量。守恒定律将隧穿限制在波矢位于由两个动量和能量转移的狄拉克锥的交点定义的圆锥曲线上的状态。存在一个临界电压，在该临界电压下，两个量子点的交点为一条直线，并且联合态密度呈现最大值。这反映在隧穿电流的峰值和负微分电导率中。
2014-03-27 cond-mat.mes-hall
Heterostructure bilayer graphene-hBN: Interplay between misalignment, interlayer asymmetry, and trigonal warping
我们研究了石墨烯层上六方BN衬底诱导的莫尔条纹与Bernal堆积双层石墨烯（BLG）层间耦合相互作用产生的超晶格迷你带。我们比较了BLG中的莫尔条纹能带特征，其中它们受到BLG-hBN异质结构的层间不对称性和Bernal堆叠双层中电子的三角翘曲特性的影响，这些特征在单层石墨烯中发现。
2013-08-22 cond-mat.mes-hall
Fractal energy gaps and topological invariants in hBN/Graphene/hBN double moiré systems
我们计算了石墨烯夹在六方氮化硼中间的准周期双云纹系统的电子结构，并确定了能隙的拓扑不变量。我们发现，电子光谱包含了一些minigaps，他们表现出递归分形结构类似于霍夫施塔特蝴蝶时，绘制对扭转角。每个能隙都可以用一组整数来表征，这些整数与动量空间中的一个区域相关联。相应的区域被几何解释为准布里渊区，它是由多个复合周期的布拉格平面包围的多边形，并且可以由弱势极限下的平波投影唯一地指定。
2021-05-11 cond-mat.mes-hall
Nanosecond spin lifetimes in single- and few-layer graphene-hBN heterostructures at room temperature
我们提出了一种新的石墨烯自旋阀器件的制备方法，该方法通过改善电极-石墨烯和石墨烯-衬底界面来提高自旋和电荷输运性能。首先，我们在Si $^{++}$ /SiO $_2$上制备了Co/MgO自旋注入电极。此后，我们将石墨烯-hBN异质结构机械转移到预图案化电极上。我们表明，在室温下的自旋输运单层，双层和三层石墨烯器件表现出纳秒的自旋寿命与自旋扩散长度达到10 $μ$ m与载流子迁移率超过20,000 cm $^2$ /Vs相结合。
2014-06-10 cond-mat.mes-hall
Accurate Measurement of the Gap of Graphene/hBN Moiré Superlattice through Photocurrent Spectroscopy
与六方氮化硼（hBN）对齐的单层石墨烯在电荷中性点（CNP）处形成间隙。这种差距以前已经广泛研究了通过热活化测量的电输运。在这里，我们报告的石墨烯/hBN超晶格的CNP通过光电流谱研究的间隙大小的测定。我们展示了两种不同的测量方法来提取间隙大小。观察到的扭曲角小于1度的设备的最大值~ 14毫电子伏的间隙。这个值是显着小于从热活化测量得到的，但大于理论预测的单粒子间隙。我们的研究结果表明，晶格弛豫和适度的电子-电子相互作用的影响，可能会增加CNP的间隙在hBN/石墨烯超晶格。
2021-03-15 cond-mat.mes-hall
Effect of Hexagonal Boron Nitride on Energy Band Gap of Graphene Antidot Structures
当石墨烯被周期性排列的六边形反点图案化时，零带隙（Eg）石墨烯变成窄Eg半导体，其产物是六边形石墨烯反点晶格（hGAL）。根据反点之间原子链的数量，hGAL可以是偶数和奇数。偶数hGAL（ehGAL）是窄Eg半导体，奇数hGAL（ohGAL）是半金属。由hGAL打开的Eg不足以操作现实的开关晶体管。此外，在Si/SiO2衬底上实现的hGAL晶体管具有低载流子迁移率和开-关电流比。为了获得具有良好迁移率的相当大的Eg，本文首次报道了六方氮化硼（hBN）上的AB Bernal堆叠hGAL、ABA Bernal堆叠hBN / hGAL / hBN三明治结构和AB未对准hGAL /hBN结构。用第一性原理方法计算了电子结构。当支撑在hBN上的最小颈宽中等半径ehGAL时，打开约1.04eV（940 ± 100 meV）的相当大的Eg，并且当其夹在hBN层之间时打开约1.1eV（940 ± 200 meV）。Bernal堆叠的ohGAL / hBN的带隙为71 meV的顺序打开，hBN / ohGAL /hBN结构的最小半径和宽度的9个原子链之间的反点打开近142 meV。与hBN上的未对准石墨烯不同，未对准的ohGAL/hBN结构显示出增加的Eg。该研究为石墨烯基纳米结构的带隙工程开辟了新的途径。关键词：石墨烯，石墨烯反点，六方氮化硼，能带结构，带隙工程
2013-01-10 cond-mat.mes-hall
Dual-gated hBN/bilayer-graphene superlattices and the transitions between the insulating phases at the charge neutrality point
我们报道了双栅六方氮化硼（hBN）/双层石墨烯（BLG）超晶格的输运性质。这里，BLG是非扭曲的，即，一般型斑叶.本文主要研究了普通BLG的电荷中性点。在垂直磁场作用下，通过改变位移场的方法检测了CNP中两个绝缘相之间的相变，并研究了其电阻温度特性和磁阻效应。这项工作为探索hBN/BLG超晶格的全局相图开辟了途径。
2022-11-18 cond-mat.mes-hall
Resonant magnetic proximity hot spots in Co/hBN/graphene
University of Regensburg（雷根斯堡大学）
研究揭示了Co/hBN/graphene异质结构中磁性近邻效应的共振热点，通过第一性原理计算分析了自旋极化和轨道耦合的局部特性。
2026-01-12 cond-mat.mes-hall
Spin transport in fully hexagonal boron nitride encapsulated graphene
我们在室温下研究了完全六方氮化硼（hBN）封装的石墨烯自旋阀器件。该器件由封装在两个结晶hBN薄片之间的石墨烯通道组成;厚hBN薄片作为底栅电介质衬底，其掩蔽来自SiO2/Si衬底的电荷杂质，单层薄hBN薄片作为隧道势垒。完全封装防止石墨烯在光刻期间与任何聚合物/化学品接触，并且因此在封装的石墨烯的不同区域上提供均匀的电荷和自旋传输性质。此外，即使在注入电极和检测电极之间具有处于电导率失配状态的多个电极，我们在薄hBN封装的石墨烯通道下观察到超过12.5 μ π ι长距离的自旋传输，证明了薄hBN作为有效隧道势垒的清洁界面和无针孔性质。
2016-03-14 cond-mat.mes-hall
Efficient spin injection into graphene through trilayer hBN tunnel barriers
我们使用三层（3L）六方氮化硼（hBN）隧道势垒来表征完全封装在hBN中的双层石墨烯中的自旋注入。在-250 mV直流偏置电压下，微分自旋注入极化随直流偏置电压的变化可达-60%.我们测量了$\sim$ 50%的DC自旋极化，与2L-hBN相比增加了30%。大的极化确认本地，两个终端自旋运输测量到室温。我们观察到从Co/2L-hBN和Co/3L-hBN到石墨烯中的可比较的差分自旋注入效率，并得出结论，钴和石墨烯之间可能的交换相互作用可能不是偏压依赖性的起源。此外，我们的研究结果表明，局部门控，所施加的直流偏置是不负责的直流偏置依赖性。载流子密度相关的自旋注入效率的测量进行了讨论，我们发现没有显着的调制的差分自旋注入极化。我们还讨论了面内和面外自旋注入的偏置依赖性，并得出结论：自旋注入极化是各向同性的，并且不依赖于所施加的偏置。
2018-08-02 cond-mat.mes-hall
Electron transport in folded bilayer-bilayer graphene/hexagonal boron nitride superlattices under high magnetic fields
采用石墨烯作为模板，我们通过堆叠双层或折叠双层-双层石墨烯（BLG或fBBLG）和六方氮化硼（hBN）来制造莫尔超晶格，即，hBN/BLG/hBN或hBN/fBBLG/hBN堆叠，其中石墨烯与两个hBN层中的一个之间具有小的扭转角。由于hBN的调制，高代狄拉克点可以出现窄带宽和范霍夫奇点。因此，在莫尔超晶格器件中，我们可以通过原位栅极调谐来访问更高代的狄拉克点。本研究基于我们之前的论文（Appl. Phys. Express 13，035003（2020））。在这里，我们通过施加高达~24 T的高磁场来显示更多扩展数据。我们还评论的电阻率和磁阻的温度依赖性与“平原”BLG数据进行比较研究。
2021-10-01 cond-mat.mes-hall
Strong gate-tunability of flat bands in bilayer graphene due to moiré encapsulation between hBN monolayers
当使用六方氮化硼（hBN）作为石墨烯的衬底时，所产生的莫尔图案产生次级狄拉克点。通过将多层石墨烯封装在对齐的hBN片内，受控的莫尔堆叠可以提供甚至更丰富的益处。使用先进的紧束缚模拟原子松弛的异质结构，在这里，我们表明，在第二狄拉克点的间隙可以打开在选定的莫尔堆叠配置，是独立的异质结构的任何额外的垂直门控。另一方面，选通可以广泛地调谐主狄拉克点处的间隙，并且由此可以相对于次狄拉克点处的莫尔条纹引起的间隙在宽度上强烈地压缩第一莫尔条纹迷你带。我们发现，在hBN封装的双层石墨烯中，这种新的机制可以在适度的门控下导致平坦于10 meV的孤立带，从而为电子控制的强相关态提供了一条方便的途径。
2023-02-02 cond-mat.mes-hall
Bias dependent spin injection into graphene on YIG through bilayer hBN tunnel barriers
我们研究了自旋注入到铁磁绝缘体钇铁石榴石（YIG）上的单层和双层石墨烯通过剥离的双层六方氮化硼（hBN）隧道势垒的效率。两个样品的接触产生5和30 k $Ωμ$ m $^2$之间的电阻-面积积。取决于所施加的DC偏置电流，非局部自旋信号的幅度可以被增加或抑制到噪声水平以下。自旋注入效率达到-60%~+25%。自旋阀和自旋进动测量结果证实了这一点。发现样品A中的邻近感应交换场为（85 $\pm$ 30）mT，样品B中的邻近感应交换场接近检测极限。我们的研究结果表明，Gurram等人报道的双层hBN隧道势垒的特殊自旋注入特性不仅限于完全封装的石墨烯系统，而且在石墨烯/YIG器件中也有效。这进一步强调了双层hBN作为石墨烯自旋电子学的有效且可靠的隧道势垒的多功能性。
2018-07-23 cond-mat.mes-hall
Proximity-Induced Spin-Orbit Coupling in Graphene-Bi$_{1.5}$Sb$_{0.5}$Te$_{1.7}$Se$_{1.3}$ Heterostructures
邻近耦合可以极大地增强石墨烯中微弱的本征自旋轨道耦合。在这里，我们报告的邻近诱导的自旋轨道耦合在石墨烯的六方氮化硼（hBN）转移到拓扑绝缘体Bi $_{1.5}$ Sb $_{0.5}$ Te $_{1.7}$ Se $_{1.3}$（BSTS），这是生长在hBN衬底上的气相固体合成。相位相干传输测量，揭示弱本地化，使我们能够提取的载波密度依赖的相位相干长度$l_ϕ$。虽然$l_ϕ$随着hBN/石墨烯/hBN参比样品中载流子密度的增加而增加，但由于BSTS与石墨烯的邻近偶联，其在BSTS/石墨烯中降低。后者的行为的结果从D 'yakonov-Perel型自旋散射在石墨烯与一个大的邻近诱导的自旋轨道耦合强度至少为2.5 meV。
2018-09-24 cond-mat.mes-hall
Kagomé network of chiral miniband-edge states in double-aligned graphene-hexagonal boron nitride structures
扭子异质结构是近年来出现的一类新型量子电子材料，其性质由相邻二维材料之间的扭角决定。在这里，我们研究了封装在六方氮化硼（hBN）中的石墨烯（G）中的莫尔超晶格迷你带，该超晶格迷你带与顶部和底部hBN晶体几乎完美对齐。我们表明，对于hBN层的晶胞取向局部破坏石墨烯晶格的反转对称性，hBN/G/hBN结构具有拓扑保护的手征态的Kagomé网络，其能量靠近迷你带边缘，沿着传播具有不同迷你带陈数的区域分离线。
2022-12-21 cond-mat.mes-hall
Electronic properties of graphene hexagonal boron nitride moiré superlattice
我们从理论上研究了在有和没有磁场的情况下，堆叠在六方氮化硼（hBN）上的单层/双层石墨烯中产生的莫尔超晶格的电子结构。我们从微观紧束缚晶格哈密顿量发展了一个有效的连续介质模型，计算了石墨烯-hBN体系在不同旋转角下的电子结构。利用有效模型，我们解释了特征带的性质，如在超晶格布里渊区（小狄拉克点）的角落处的间隙开口。我们还研究了石墨烯-hBN体系在均匀磁场中的能谱和量子霍尔效应，并展示了分形谱随磁场的演化。由于缺乏反转对称性，光谱通常在谷自由度（$K$和$K'$）中分裂，并且由于双层中更强的反转对称性破缺，hBN上的双层石墨烯中的谷分裂比hBN上的单层石墨烯中的谷分裂更显著。
2014-10-09 cond-mat.mes-hall
Gapped Dirac materials and quantum valley currents in dual-gated hBN/bilayer-graphene heterostructures
本研究在双栅hBN/双层石墨烯异质结中实现了可由垂直电场调控的谷电流，观测到符合谷霍尔效应标度理论的非局域电阻，且低温下其在量子极限附近饱和，证实了量子谷电流的存在。
2024-10-08 cond-mat.mes-hall
Etched graphene quantum dots on hexagonal boron nitride
我们报道了在不同岛直径的六方氮化硼（hBN）和SiO2上蚀刻石墨烯量子点（QD）的制备和表征。我们在一个很宽的能量范围内进行库仑峰间距的统计分析。对于hBN上的石墨烯QD，归一化峰间距分布的标准偏差随着QD直径的增加而减小，而对于SiO2上的QD，没有观察到直径依赖性。此外，hBN上的量子点在高达9T的垂直磁场的影响下更稳定。两个结果都表明hBN上的石墨烯QD中衬底诱导的无序势显著降低。
2013-08-09 cond-mat.mes-hall
Energy dissipation mechanism revealed by spatially resolved Raman thermometry of graphene/hexagonal boron nitride heterostructure devices
了解二维范德华异质结构中载流子和声子的能量输运对于未来高能效二维纳米电子学的发展至关重要。在这里，我们进行了原位空间分辨拉曼测温电偏置石墨烯通道和hBN衬底上的能量耗散机制在石墨烯/hBN异质结构的研究。通过比较沿偏置石墨烯通道的温度分布与沿hBN衬底的温度分布，我们发现石墨烯和hBN之间的边界热阻在（1-2）x 10^（-7）m^（2）KW^（-1）的范围内，从空气中的~100 C到石墨烯在~600 C下开始分解。考虑电热传输模型以及在空气中进行的拉曼测温表明，在强电场下发生的局部掺杂在高达T ~ 600 C的石墨烯/hBN器件的能量耗散中起着至关重要的作用。
2017-11-18 cond-mat.mes-hall
Deterministic fabrication of graphene hexagonal boron nitride moiré superlattices
本研究通过拉曼和二次谐波表征实现石墨烯与hBN近0度扭转角的确定性对齐，并用TFM和低温输运验证，为探索莫尔异质结构扭转角效应奠定基础。
2024-05-28 cond-mat.mes-hall
Single-Carrier Transport in Graphene/hBN Superlattices
石墨烯/六方氮化硼（hBN）莫尔超晶格在狄拉克费米子系统的多体效应和分形物理研究中引起了人们的兴趣。在这种超晶格中，许多奇异的输运性质已经得到了深入的研究，但以前的研究并没有集中在单载流子输运。对这些超晶格中的单载流子行为的研究将有助于理解单粒子/关联现象的转变。在这里，我们展示了高质量的双层石墨烯/hBN超晶格基量子点器件中的单载流子输运。我们展示了显着的设备的可控性在附近的电荷中性点（CNP）和孔侧卫星点的能量范围。在垂直磁场下，库仑振荡在CNP附近消失，这可能是库仑阻塞和量子霍尔机制之间交叉的特征。我们的结果为探索二维量子材料中单电子输运和分形量子霍尔效应与关联现象的关系奠定了基础。
2020-03-11 cond-mat.mes-hall
Electrical and thermal transport in coplanar polycrystalline graphene-hBN heterostructures
本文通过理论研究多晶石墨烯-hBN异质结构的电热输运，发现hBN晶粒密度增加使体系由良导体变为绝缘体，并证明纳米尺度多晶G-hBN异质结构不是良好的热电材料。
2018-05-21 cond-mat.mes-hall
Hexagonal-boron nitride substrates for electroburnt graphene nanojunctions
我们研究了六方氮化硼（hBN）基板上的电子输运通过石墨烯纳米结之前，间隙形成的效果。真空中和hBN上的结是使用经典分子动力学来创建初始结构，然后使用密度泛函理论进行弛豫而形成的。我们发现，hBN在低偏压下仅略微降低通过结的电流。此外，由于在断裂的最后时刻的量子干涉，发现通过跨越间隙的单个碳丝的电流高于通过平行跨越间隙的两个碳丝的电流。该特征在hBN存在或不存在的情况下都存在。
2015-09-09 cond-mat.mes-hall
Visualizing Strain-induced Pseudo magnetic Fields in Graphene through an hBN Magnifying Glass
石墨烯的显著特性是其二维蜂窝晶格结构所固有的。它的低维性，使得通过施加外力来重新排列原子成为可能，为机械控制电子特性提供了有趣的前景。在应变存在下，石墨烯产生伪磁场（PMF），其将能带结构重建为伪朗道能级（PLL）。然而，一个可行的路线，实现，表征和控制保偏光纤仍然缺乏。在这里，我们报告的方法来产生和表征PMFs的石墨烯膜上支持的纳米柱。通过在扫描隧道显微镜（STM）下对六方氮化硼（hBN）衬底形成的莫尔图案的放大效应来实现局部应变的直接测量。我们通过在扫描隧道光谱（STS）中观察到的PLL谱来量化应变引起的PMF。这项工作提供了一个途径，应变诱导工程和机电石墨烯为基础的设备。
2017-03-01 cond-mat.mes-hall
Ultrafast relaxation of hot phonons in Graphene-hBN Heterostructures
快速载流子冷却对于高功率石墨烯基器件是重要的。强耦合光学声子（SCOP）在石墨烯中光激发载流子的弛豫过程中起着重要作用。石墨烯和六方氮化硼（hBN）的异质结构已经显示出异常的迁移率和高饱和电流，这使得它们对于应用是理想的，但是hBN衬底对载流子冷却机制的影响还不清楚。我们使用超快泵浦-探测光谱跟踪石墨烯-hBN异质结构中的热光激发载流子的冷却。我们发现，在hBN上的石墨烯的情况下，载流子的冷却速度比在氧化硅衬底上快四倍，从而克服了困扰石墨烯器件冷却的热声子（HP）瓶颈。
2017-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High Thermoelectric Power Factor in Graphene/hBN Devices
纳米级的快速和可控冷却需要高效被动冷却和主动冷却的组合。虽然石墨烯基器件中的被动冷却由于石墨烯非凡的热传导而非常有效，但由于石墨烯的低热电功率因数，主动冷却尚未被认为是可行的。在这里，我们表明，石墨烯的热电性能可以显着提高使用hBN基板，而不是SiO2。我们发现的室温效率的主动冷却，衡量的功率因数乘以温度，达到高达10.35 W/mK的值，对应于两倍以上的最高室温散装功率因数，5 W/mK的YbAl 3，和四倍的最佳二维功率因数，2.5 W/mK，在二硫化钼2。我们进一步表明，在这些设备中的电子空穴水坑区域显着减少。这使得能够在n型和p型集成主动冷却器件中应用塞贝克系数极性的快速栅极控制切换。
2016-07-03 cond-mat.mes-hall
In-situ strain tuning in hBN-encapsulated graphene electronic devices
使用一个简单的设置弯曲的柔性基板，我们证明了确定性和可重复的石墨烯电子器件的原位应变调谐。该方法的核心是石墨烯的完全hBN封装，其保留了用于运输实验的原始石墨烯的卓越品质。此外，衬底上的方法允许人们利用应变效应在整个范围内的可能的样品的几何形状，并在同一时间保证在栅极电容的变化仍然可以忽略不计的变形过程中。我们使用拉曼光谱在空间上映射的应变幅度在两个不同的几何形状的设备，并证明了工程应变梯度，这是相关的访问谷自由度与伪磁场的可能性。比较的运输特性的悬浮设备与那些在基板上的设备，我们证明了我们的新方法不会遭受在悬浮设备中遇到的歧义。
2019-04-14 cond-mat.mes-hall
Topological valley currents via ballistic edge modes in graphene superlattices near the primary Dirac point
六方氮化硼（hBN）上的石墨烯可以经由相互晶体学对准而展现拓扑相。最近在弹道石墨烯/hBN超晶格中第二狄拉克点（SDP）附近的非局域电阻（$R_{nl}$）的测量被解释为由于量子谷霍尔态而产生。我们报道了hBN/graphene/hBN超晶格，其中SDP下的$R_{nl}$可以忽略不计，但低于60 K时接近零磁场下主狄拉克点处的$h/2e^{2}$值，其特征衰减长度为2 $μ$ m。此外，基于Landauer-Büttiker形式主义的非局域输运传输概率显示了自旋简并弹道谷螺旋边缘模式的证据，这是谷电子学发展的关键
2020-12-17 cond-mat.mes-hall
Ultracompact amplitude modulator by coupling hyperbolic polaritons over a graphene-covered gap
hBN的Reststrahlen带内的双曲声子极化激元对于纳米光子学中的应用非常感兴趣，因为它们能够在大距离上以低损耗传播光信号。然而，由于hBN中极化激元的声子性质，其信号的振幅调制被证明是困难的，并且一直未被充分探索。在本文中，我们从理论上提出了一个宽带有效的振幅调制器的双曲射线在hBN工作在1450 cm $^{-1}$和1550 cm $^{-1}$之间的频率范围。调制区域包括在hBN板内雕刻并由石墨烯层覆盖的几十纳米宽的间隙，其中静电门控石墨烯用作介体，其促进间隙每一侧上的声子-极化激元之间通过石墨烯内的等离子体模式的耦合。我们证明，这样的超紧凑型调制器具有低至3 dB的插入损耗，并提供调制深度在14和20 dB之间变化的II型双曲区域内的hBN。
2017-11-13 cond-mat.mes-hall
Deep-ultraviolet electroluminescence and photocurrent generation in graphene/hBN/graphene heterostructures
六方氮化硼（hBN）是一种具有约5.96 eV宽带隙的范德华半导体。尽管hBN具有间接带隙特性，但由高能电子或光子激发的载流子通过强电子-声子相互作用在深紫外（DUV）频率下有效地发射发光，这表明潜在的DUV发光器件应用。然而，迄今为止，来自hBN的电致发光尚未在DUV频率下得到证实。在这项研究中，我们报告了室温下石墨烯/hBN/石墨烯异质结构的DUV电致发光和光电流产生。从石墨烯电极到hBN的带边缘中的隧穿载流子注入使得能够在DUV频率下实现突出的电致发光。另一方面，在DUV激光照射和外部偏置电压下，石墨烯电极有效地收集hBN中的光激发载流子，这产生高光电流。激光激发显微光谱表明，异质结构中的辐射复合和光生载流子激发过程主要源于hBN的原始结构和层错。我们的工作为基于hBN的高效深紫外光发射和检测器件提供了一条途径。
2021-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Moiré effects in graphene--hBN heterostructures
将石墨烯封装在六方氮化硼中具有几个优点：以这种方式实现了迄今为止报道的最高迁移率，并且通过保护性hBN层使石墨烯的精确纳米结构化变得可行。然而，由于石墨烯和hBN的不同晶格常数，以及由于石墨烯和hBN晶格之间的扭转角，可能会产生微妙的影响。在这里，我们使用一个最近开发的模型，使我们能够执行能带结构和磁输运计算这样的结构，并表明，与适当的摩尔物理的一个很好的协议，可以实现与实验，即使是复杂的结构，如无序的石墨烯，或antidot晶格的单层hBN与相对扭曲角。这种计算对于双电子器件的定量模拟是必不可少的。
2020-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impacts of in-plane strain on commensurate graphene/hexagonal boron nitride superlattices
由于原子薄的结构，石墨烯/六方氮化硼（G/hBN）异质结构对施加到其晶格结构的外部机械力和变形非常敏感。特别是，应变可以导致G/hBN的电子性质的修改。此外，由石墨烯和hBN层的未对准驱动的莫尔结构为G/hBN的电子行为引入了新的特征。利用{ \it ab initio}计算方法，研究了在G/hBN两层上同时施加面内应变时，G/hBN不同层错电子性质的应变诱导变化。我们观察到，在实验适用的系统中，几个百分比的量级的面内应变和莫尔图案的相互作用导致相当大的谷漂移，带隙调制和衬底诱导的费米速度重整化的增强。此外，我们发现，无论应变排列，锯齿形方向变得更有效的电子输运，当施加面内非等双轴应变。
2018-11-30 cond-mat.mes-hall
Spin transport in two-layer-CVD-hBN/graphene/hBN heterostructures
我们研究了石墨烯器件中的室温自旋输运，石墨烯器件封装在逐层堆叠的两层厚的化学气相沉积（CVD）生长的六方氮化硼（hBN）隧道势垒和几层厚的剥离hBN衬底之间。我们发现迁移率和自旋弛豫时间与基于SiO $_2$衬底的石墨烯器件相当，并且对于Elliott-Yafet和D 'Yakonov-Perel'机制获得了类似数量级的自旋弛豫速率。由于CVD-hBN势垒的不均匀性，铁磁体/两层CVD-hBN/石墨烯/hBN接触的行为范围从透明到隧穿。令人惊讶的是，我们发现高电阻两层CVD-hBN势垒接触相对于低电阻接触的正和负自旋极化。此外，我们还发现高阻接触的差分自旋注入极化可以被直流偏压从-0.3 V调制到+0.3 V，其符号没有变化，但在更高的负偏压下其幅度增加。这些特征标志着与双层剥离的hBN隧道势垒相比，双层CVD-hBN的独特的自旋注入性质。
2017-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant proximity exchange and valley splitting in transition metal dichalcogenide/$h\mathrm{BN}$/(Co, Ni) heterostructures
从第一性原理出发，研究了由六方氮化硼（hBN）和铁磁（FM）钴（Co）或镍（Ni）组成的自旋注入器几何结构中的过渡金属二硫属化物（TMDC）中邻近诱导的交换耦合.我们采用一个最小的紧束缚哈密顿量，捕捉低能带的TMDC周围的K和K'谷，提取轨道，自旋轨道，和交换参数。TMDC/hBN/FM异质结构计算表明，由于hBN缓冲层，TMDC的能带结构被保留，在能带中具有额外的邻近诱导的交换分裂。我们提取邻近交换参数在1- 10毫电子伏的范围内，根据FM。邻近诱导的交换和TMDC的固有自旋轨道耦合（SOC）的组合导致谷极化，转化为数十特斯拉的磁交换场。提取的参数是有用的，为随后的激子计算TMDC中存在的hBN/FM自旋注入器。我们计算的吸收光谱显示激子峰的大分裂;在MoS $_2$ /hBN/Co的情况下，我们发现约8 meV的值，对应于裸TMDC中约50特斯拉的外部磁场。原因在于能带结构，其中与Co $d$轨道的杂化导致大于10 meV的巨大价带交换分裂。与Ni的结构不显示任何$d$水平的杂交功能，但仍然相当大的邻近交换和激子峰分裂约2毫电子伏的存在于TMDC。
2020-02-11 cond-mat.mes-hall
Tunable high-Chern-number Chern insulators in rhombohedral tetralayer graphene/hBN moiré superlattices
State Key Laboratory of Micro-nano Engineering Science, Tsung-Dao Lee lnstitute & School of Physics and Astronomy, Key Laboratory of Artificial Structures and Quantum Control (Ministry of Education), Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学微纳电子工程科学国家重点实验室、李政道研究所及物理与天文学院人工结构与量子控制教育部重点实验室）；Department of Physics, City University of Hong Kong（香港城市大学物理系）；Research Center for Electronic and Optical Materials, National Institute for Materials Science（国家材料研究所电子与光学材料研究中心）；Research Center for Materials Nanoarchitectonics, National Institute for Materials Science（国家材料研究所材料纳米结构研究中心）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Shanghai Research Center for Quantum Sciences（上海量子科学研究中心）；Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area (Guangdong)（粤港澳大湾区量子科学中心（广东））；Department of Physics, Southern University of Science and Technology（南方科技大学物理系）；Department of Physics, Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学物理系）
研究通过调节扭角和对齐方向，发现多种高陈数陈绝缘体，包括陈数为-4和±3、±2、±1的绝缘态，展示了莫尔超晶格中拓扑结构的多样性。
2026-04-29 cond-mat.mes-hall
One-dimensional moiré engineering in zigzag graphene nanoribbons on hBN
Osaka University（大阪大学）；Stony Brook University（石溪大学）
研究了zigzag石墨烯纳米带在hBN基底上的结构弛豫和电子性质，通过有效网格模型揭示了摩尔势对电子结构的调控，实现了可调一维量子限制电子态阵列。
2025-10-24 cond-mat.mes-hall
Adhesion and Reconstruction of Graphene/Hexagonal Boron Nitride Heterostructures: A Quantum Monte Carlo Study
本研究通过量子蒙特卡洛方法精确计算石墨烯/六方氮化硼异质结构的层间粘附势，结合弹性理论确定弛豫结构，发现交替堆叠可形成具有独特电子结构的新型稳定三维晶体。
2025-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric field tunable bands in doubly aligned bilayer graphene hBN moire superlattice
本文研究非对称扭转hBN/BLG/hBN超莫尔晶格中电场诱导的能带修饰，发现位移场对导带和价带影响不同，并观察到新的6重简并朗道能级。
2025-02-06 cond-mat.mes-hall
Zero-energy modes and valley asymmetry in the Hofstadter spectrum of bilayer graphene van der Waals heterostructures with hBN
我们调查的双层石墨烯（BLG）和六方氮化硼（hBN）组成的异质结构的磁性微带的数值对角化的两个带的哈密顿量，描述在存在的莫尔电位的BLG中的电子。由于莫尔势的反转对称性破缺特性，谱的谷对称性被破缺，但尽管如此，BLG中的零能量朗道能级仍然存在，尽管简并度降低。此外，我们推导出有效的模型的低能量功能的磁迷你带，并证明了二次狄拉克点的外观在价带，我们证实了数值模拟。然后，我们分析了在载流子密度和磁场变化的情况下，分形能谱中的单粒子隙如何产生一系列不可压缩态。
2016-03-07 cond-mat.mes-hall
Generation and morphing of plasmons in graphene superlattices
最近对六方氮化硼（hBN）上的石墨烯的实验研究表明，hBN不仅是一种确保石墨烯载流子优异电子特性的无源衬底，而且它通过周期性莫尔电位主动修改了它们的无质量狄拉克费米子特性。在这项工作中，我们提出了一个理论的无质量狄拉克费米子的等离子体激元激发谱的云纹超晶格。我们证明，石墨烯-hBN堆叠为等离子体提供了丰富的平台，其中等离子体模式的控制不仅可以通过静电门控发生，而且可以通过调节例如相对晶体结构来发生。
2014-07-10 cond-mat.mes-hall
Interlayer coupling enhancement in graphene/hexagonal boron nitride heterostructures by intercalated defects and vacancies
在二维原子晶体中，六方氮化硼（hBN）是制备异质结构的最引人注目的材料之一，具有独特的性质。我们进行第一性原理计算，以确定插入的金属原子和空位是否可以介导界面耦合和影响石墨烯/hBN异质结构的结构和电子性质。金属杂质原子（Li、K、Cr、Mn、Co和Cu）作为石墨烯和hBN片之间的非本征缺陷产生掺杂$n$的石墨烯。我们还考虑了本征空位缺陷，并发现hBN中的硼单空位作为石墨烯的磁性掺杂剂，而hBN中的氮单空位作为石墨烯的磁性掺杂剂。相比之下，hBN中最小的三角形空位缺陷不太可能导致石墨烯的电子输运发生显著变化。我们的研究结果表明，hBN层与一些空位或金属杂质增强层间耦合的石墨烯/hBN异质结构相对于电荷掺杂和电子散射。
2014-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Etched graphene single electron transistors on hexagonal boron nitride in high magnetic fields
我们报告了在高磁场中在六方氮化硼（hBN）上蚀刻的各种尺寸的石墨烯单电子晶体管（SET）的制造和电学特性。电子输运测量显示出与SiO2上的石墨烯SET相比略有改善。特别是，在高达9 T的垂直磁场的影响下，在hBN上的SET更稳定，这与在SiO2上的SET上报道的测量结果相反。该结果表明hBN上的SET中的表面无序势降低，这可能是朝向清洁和更可控的石墨烯QD的重要一步。
2013-11-19 cond-mat.mes-hall
Dry-transferred CVD graphene for inverted spin valve devices
将化学气相沉积法生长的高迁移率石墨烯集成到自旋输运器件中是石墨烯自旋电子学的关键任务之一。我们使用范德华拾取技术将CVD石墨烯通过六方氮化硼（hBN）从铜生长衬底转移到预定义的Co/MgO电极上以构建反向自旋阀器件。提出了两种方法：（i）首先将CVD-石墨烯/hBN叠层图案化为条，然后通过第二较大的hBN晶体转移到自旋阀电极上的过程，和（ii）CVD-石墨烯/hBN叠层的直接转移。我们报告了CVD石墨烯在室温下高达1.75 ns的高自旋寿命。总的来说，我们的设备的性能与由剥离的石墨烯制造的设备相当，也揭示了纳秒的自旋寿命。我们期望我们的干转移方法为更先进的器件几何形状铺平道路，不仅用于自旋电子应用，而且还用于CVD-石墨烯基纳米电子器件，其中在组装最终的范德华异质结构之前需要CVD石墨烯的图案化。
2017-09-05 cond-mat.mes-hall
Fabry-Pérot resonances in a graphene/hBN Moiré superlattice
虽然Fabry-Pérot共振和Moiré超晶格在六方氮化硼（hBN）上的石墨烯中得到了深入研究，但这两种效应尚未讨论它们的共存。在这里，我们研究的FP振荡的弹道pnp结的存在和不存在的莫尔超晶格。首先，我们解决的FP共振的可见性上的约束势的平滑度的效果，并仔细映射的FP腔的大小的演变作为密度的函数，在没有超晶格的情况下，腔的内部和外部的腔，当腔是由定期pn结绑定。使用具有莫尔超晶格的样品，我们接下来表明FP腔也可以由模拟pn结的界面形成，但由于超晶格而通过卫星狄拉克点定义。我们仔细分析了FP共振，这可以提供洞察由于超晶格的带重建。
2017-01-31 cond-mat.mes-hall
Enhanced valley polarization of graphene on hBN under circularly polarized light irradiation
石墨烯/hBN（G/hBN）由于两种材料之间的晶格失配而具有长周期莫尔结构。莫尔超结构产生的长周期势对系统的电子性质产生调制作用。本文对G/hBN在圆偏振光照射下的电导率进行了数值计算。在G/hBN中缺乏空间反转对称性导致谷极化。当两种材料之间的扭转角在非掺杂情况下接近于零时，谷偏振在红外和太赫兹区域变得最明显，而空穴掺杂情况下，谷偏振对扭转角不敏感。这些结果将有助于设计谷电子器件使用G/hBN。
2022-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum transport signature of strain-induced scalar and pseudo-vector potentials in a crenellated hBN-graphene heterostructure
本文通过锯齿状 hBN-石墨烯异质结构的实验与理论分析，揭示应变诱导标量势和赝矢量势如何共同形成 Klein 隧穿势垒并产生电阻附属峰。
2024-02-28 cond-mat.mes-hall
Berry Curvature of Low-Energy Excitons in Rhombohedral Graphene
Imperial College London（帝国理工学院）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）
本研究通过低能双带模型揭示了菱形石墨烯中激子的伯瑞曲率特性，发现其位移可被电场调控，并揭示了激子拓扑性质的潜在应用。
2026-03-08 cond-mat.mes-hall
Electric field-tunable layer polarization in graphene/boron nitride twisted quadrilayer superlattices
最近观察到的非常规铁电性的AB双层石墨烯夹在六方氮化硼（hBN）提供了一个新的平台，以操纵多层范德华异质结构中的相关相。我们提出了一个低能量的连续介质模型的AB双层石墨烯封装的顶部和底部层的hBN或石墨烯，有两个独立的扭曲角。对于石墨烯/hBN异质结构，我们表明，扭转角的不对称性导致层极化的价带和导带。我们还表明，出平面位移场不仅调谐层偏振，但也使低能量带。我们扩展的模型表明，由AB双层石墨烯封装的顶部和底部的石墨烯层的四层石墨烯异质结构的电子结构可以类似地通过外部电场调谐。
2022-09-21 cond-mat.mes-hall
Hybrid superlattices of graphene and hexagonal boron nitride: A ferromagnetic semiconductor at room temperature
碳（C）掺杂的六方氮化硼（hBN）在室温下具有铁磁性。还报道了在hBN中被C取代形成石墨烯岛。本文从第一性原理和平均场哈伯德模型出发，对hBN中石墨烯岛的铁磁性进行了机理上的理解。我们发现一个一般的属性，在二分晶格中的子晶格不同的现场能量，如在hBN，本地磁矩之间的顺序可以是实质性的，主要是反铁磁（AFM），如果它们被嵌入在相同的子晶格，除非由莫特像子晶格间的自旋分离，由于强本地化为主。主要的AFM顺序是植根于自旋分辨的空间分离的孤对氮（N）和背转移的电子在硼（B）由于库仑排斥，因此基本上意味着一个超交换路径。随后，我们提出了一类亚铁磁有序的互穿超晶格的磁性石墨烯岛在hBN中，它可以被选择为铁磁半导体或半金属，并保持在室温下的净非零磁矩。
2019-02-27 cond-mat.mes-hall
Probing the nanoscale origin of strain and doping in graphene-hBN heterostructures
我们使用共焦拉曼显微镜和改进的矢量分析方法，调查剥离的石墨烯六方氮化硼（hBN）异质结构上的应变和载流子浓度的纳米级起源二氧化硅（SiO2）。研究了两种类型的异质结构：SiO2上的石墨烯部分由hBN覆盖，石墨烯完全封装在两个hBN薄片之间。我们扩展的矢量分析方法，产生的应变和掺杂的异质结构的变化的空间图。这使我们能够可视化并直接量化环境对载流子浓度以及石墨烯应变的影响。此外，我们证明了应变和载流子浓度的变化在石墨烯中产生的异质结构，如断裂，折叠和气泡层之间捕获的纳米级功能。对于hBN封装的石墨烯中的气泡，流体静力学应变被示出为在气泡中心处是最大的，而载流子浓度的最大值被定位在气泡边缘。拉曼光谱被证明是一种非侵入性的工具，用于探测石墨烯中的应变和掺杂，这可能被证明是有用的二维设备的工程。
2018-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
