[論文レビュー] Visualization of the flat electronic band in twisted bilayer graphene near the magic angle twist

M. Iqbal Bakti Utama, Roland J. Koch+16 more|arXiv (Cornell University)|Dec 2, 2019

Graphene research and applications参考文献 44被引用数 45

ひとこと要約

この論文は、ナノARPESを用いて、魔法角付近でねじれた二層グラフェンの平らなモアレミニバンドを直接可視化し、常温での電荷中性付近の平坦な分散を示している。

ABSTRACT

Bilayer graphene was theorized to host a moire miniband with flat dispersion if the layers are stacked at specific twist angles known as the magic angles. Recently, such twisted bilayer graphene (tBLG) with the first magic angle twist was reported to exhibit correlated insulating state and superconductivity, where the presence of the flat miniband in the system is thought to be essential for the emergence of these ordered phases in the transport measurements. Tunneling spectroscopy and electronic compressibility measurements in tBLG have revealed a van Hove singularity that is consistent with the presence of the flat miniband. However, a direct observation of the flat dispersion in the momentum-space of such moire miniband in tBLG is still elusive. Here, we report the visualization of the flat moire miniband by using angle-resolved photoemission spectroscopy with nanoscale resolution (nanoARPES). The high spatial resolution in nanoARPES enabled the measurement of the local electronic structure of the tBLG. We clearly demonstrate the existence of the flat moire band near the charge neutrality for tBLG close to the magic angle at room temperature.

研究の動機と目的

• 相関絶縁相および超伝導相の鍵となる、ねじれた二層グラフェンにおける平らなモアレミニバンドの理解を促進する。
• ナノスケール空間分解能を用いて、魔法角近傍の平帯を運動量空間で直接観測する。
• 室温でねじれた二層グラフェンの局所電子構造を探るための nanoARPES の能力を示す。

提案手法

• ナノスケール分解能を持つ角分解光電子分光法（nanoARPES）を用いて局所電子構造を測定する。
• 魔法角近傍のねじれた二層グラフェンの運動量分解分散をマッピングする。
• 電荷中性付近の平らなモアレミニバンドを同定・可視化する。
• 高い空間分解能を活用してモアレパターンの局所的な変動へアクセスする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 魔法角近傍のねじれた二層グラフェンにおける平らなモアレミニバンドは運動量空間で直接可視化できるか？
• RQ2 室温でnanoARPESを用いて平坦な分散が観察できるか？
• RQ3 nanoARPESは電荷中性付近のモアレミニバンドに関連する局所電子構造を明らかにするか？

主な発見

• NanoARPES により、魔法角近傍のねじれた二層グラフェンにおける平らなモアレミニバンドの可視化が可能になる。
• 平坦帯は電荷中性付近で観察される。
• 室温での平坦な分散の観察はミニバンド特性の頑健さを示している。
• 高い空間分解能により、tBLGの局所電子構造を測定できる。