[論文レビュー] Flat Bands in Buckled Graphene Superlattices

Yuhang Jiang, Miša Anđelković+9 more|arXiv (Cornell University)|Apr 23, 2019

Graphene research and applications参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、原子的に平らな基板上に配置されたグラフェン単層膜における制御されたボクリングが、周期的な擬似磁場を誘発し、フラットな電子バンドを有するスーパーラティスを形成することを示している。走査トンネル分光法とシミュレーションを用いて、著者らは、フラットバンドのおかげで強い相関電子挙動を示す、ポストグラフェン材料が形成されることを明らかにした。これは、相互作用駆動の量子現象を研究するためのチューナブルなプラットフォームを提供する。

ABSTRACT

Interactions between stacked two-dimensional (2D) atomic crystals can radically change their properties, leading to essentially new materials in terms of the electronic structure. Here we show that monolayers placed on an atomically flat substrate can be forced to undergo a buckling transition, which results in periodically strained superlattices. By using scanning tunneling microscopy and spectroscopy and support from numerical simulations, we show that such lateral superlattices in graphene lead to a periodically modulated pseudo-magnetic field, which in turn creates a post-graphene material with flat electronic bands. The described approach of controllable buckling of 2D crystals offers a venue for creating other superlattice systems and, in particular, for exploring interaction phenomena characteristic of flat bands.

研究の動機と目的

• 機械的ひずみおよび2次元材料におけるボクリングを用いて、特異な電子状態を設計する方法を探る。
• 横方向の周期的変調によって誘発されるグラフェンスーパーラティスにおけるフラット電子バンドの出現を調査する。
• 平らな基板上に配置されたグラフェン単層膜におけるボクリングが、擬似磁場およびフラットバンドを生じることを実証する。
• 外部磁場を用いずに、電子的性質を調整可能な人工スーパーラティスを2次元材料に作成するための制御可能手法を確立する。

提案手法

• 原子的に平らな基板上にグラフェン単層膜を形成させ、制御されたボクリングと横方向の周期的変調を誘発する。
• 走査トンネル分光法（STM）および走査トンネル分光法（STS）を用いて、局所的な電子構造とバンド分散を測定する。
• 数値的シミュレーションを用いて、ひずみによって誘発される擬似磁場および電子バンド構造をモデル化する。
• 観測された擬似磁場の周期的変調を分析し、フラットバンドの形成を説明する。
• 実験的STM/STSデータとシミュレートされたバンド構造を比較し、フラットバンドの出現を検証する。
• 観察されたフラットバンドを、電子間相互作用が強化されたポストグラフェン材料の特徴として扱う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 制御されたボクリングによって、グラフェン単層膜におけるフラット電子バンドが周期的ひずみによって生成可能か？
• RQ2 得られた擬似磁場が、グラフェンスーパーラティスにおける電子バンド構造にどのように影響するか？
• RQ3 ボクリングパターンの幾何的制御によって、バンドのフラットネスはどの程度チューニング可能か？
• RQ4 このような設計されたグラフェン系のフラットバンド領域における電子間相互作用の役割は何か？
• RQ5 この手法は、電子的性質を調整可能な他の2次元スーパーラティス系の作成に一般化可能か？

主な発見

• 平らな基板上におけるグラフェンのボクリングは、横方向のスーパーラティスを形成し、周期的な擬似磁場を発生する。
• 走査トンネル分光法により、スーパーラティス構造にフラット電子バンドが存在することが確認された。
• 数値的シミュレーションにより、観測されたフラットバンドがひずみによる擬似磁場の空間的変調に起因することが裏付けられた。
• フラットバンドは実空間で局在化しており、強い電子局在化と相関効果の増強を示している。
• この系は、強い相関電子相を宿す可能性を有するポストグラフェン材料の特徴を示している。
• この手法により、外部磁場を用いずに2次元材料におけるフラットバンドを制御可能に設計できることが示された。