[논문 리뷰] Surfactant-Mediated Growth of Twisted Bilayer Graphene on SiC

Yung-Chen Lin, Nafiseh Samiseresht외 8명|arXiv (Cornell University)|2018. 09. 21.

Graphene research and applications인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 SiC 기반에서 mm 규모의 고질적 비틀린 이중층 그래핀을 에pitaxially 성장시키기 위해 보라진을 표면활성제로 사용하는 방법을 제안한다. 이 방법은 30°를 중심으로 좁은 분포(표준편차 0.46°)를 보이며, 상층에서 0.7%의 압축응력이 발생하고, N = 12.84인 모어리 초정오성격을 형성한다. 이는 다른 비틀림 각도에서의 상호작용 힘 값과 일치한다.

ABSTRACT

We propose a method to grow high-quality twisted bilayer graphene epitaxially on SiC using borazine as a surfactant. With this method, closed layers with a constant orientation with respect to the substrate can be grown over mm-size samples. Using high-resolution electron diffraction, we find a twist angle distribution centered at $30^\circ$ with a standard deviation of $(0.46\pm 0.01)^\circ$, a compression of the top (rotated) graphene layer by 0.7% with respect to the bottom layer, and a $(N imes N)R0^\circ$ Moire unit cell with $N=12.84\pm0.12$ with respect to the top graphene. The interlayer hopping resulting from a comparison of tight binding simulations with angle-resolved photoelectron spectroscopy agrees with values reported for other twist angles.

연구 동기 및 목표

• SiC 기반에서 고품질 비틀린 이중층 그래핀을 대량으로 성장시키는 방법을 개발하기 위해.
• 제어된 비틀림 각도를 가진 균일한 mm 규모의 이중층 그래핀을 달성하기 위해.
• 표면활성제를 활용한 에pitaxial 성장으로 인해 상호작용을 정밀하게 제어하기 위해.
• 유도된 이중층에서의 비틀림 각도 분포, 응력, 모어리 초정오성격의 구조를 특성화하기 위해.
• 타이트 바인딩 및 광전자 방출 데이터와의 비교를 통해 상호작용 강도를 검증하기 위해.

제안 방법

• 6H-SiC(0001) 기반에서 그래핀을 에pitaxially 성장시키는 동안 보라진을 표면활성제로 사용한다.
• 통제된 환경에서 고온에서 안내를 통해 닫힘 상태이자 연속적인 이중층 그래핀 층이 형성되도록 한다.
• 고해상도 전자 회절(HRED)을 사용하여 비틀림 각도 분포 및 모어리 초정오성격의 주기성을 측정한다.
• 하나의 그래핀 층에서의 응력을 다른 층의 격자 상수를 비교하여 정량화한다.
• 역방향 각도 분석 광전자 방출 분석(ARPES)을 통해 전자 밴드 구조를 측정하고 상호작용 강도를 유추한다.
• 타이트 바인딩 시뮬레이션을 ARPES 데이터에 적합시켜 상호작용 강도 파rameter를 추출한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 보라진 표면활성제가 SiC 기반에서 mm 규모의 고품질 비틀린 이중층 그래핀 성장을 가능하게 할 수 있는가?
• RQ2 이 방법으로 성장된 이중층 그래핀의 비틀림 각도 분포는 어떠한가?
• RQ3 상층 그래핀 층의 응력은 하층 그래핀 층과 비교하여 어떻게 되는가?
• RQ4 비틀린 이중층에서 형성된 모어리 초정오성격의 주기는 무엇인가?
• RQ5 30° 비틀림 각도에 대해 상호작용 강도가 이론적 기대치와 일치하는가?

주요 결과

• 비틀림 각도 분포는 30°를 중심으로 하며 표준편차 0.46°로 매우 균일함을 나타낸다.
• 상층 그래핀 층은 하층 층에 비해 0.7%의 응축응력을 나타낸다.
• 모어리 초정오성격은 N = 12.84 ± 0.12인 (N × N)R0° 단위세포를 가지며, 잘 정의된 주기성을 나타낸다.
• ARPES와 타이트 바인딩 시뮬레이션을 통해 측정된 상호작용 강도는 다른 비틀림 각도에서 보고된 값과 일치한다.
• 이 방법은 균일한 비틀림과 응력 특성을 가진 연속적인 mm 규모의 이중층 그래핀 성장을 가능하게 한다.
• 고해상도 전자 회절은 비틀린 이중층의 구조적 정밀성과 장거리 질서를 확인한다.