北京师范大学Lin He等–石墨烯/过渡金属二碳化物异质结构中间隔散射诱导的电子密度的稳健和远距离超周期性观察

二维（2D）h-BN和过渡金属二氯化物（TMDs）被广泛用作石墨烯的基底，因为它们是绝缘的，原子上是平的，没有悬空的键。通常，人们认为这种绝缘基底不会影响石墨烯的电子特性，特别是当它们之间产生的摩尔纹相当小的时候。在这里，我们对摩尔纹周期小于1纳米的石墨烯/TMD异质结构的电子特性进行了系统研究，我们的结果揭示了石墨烯的电子特性对二维绝缘衬底的意外敏感性。我们证明了石墨烯中存在一个强大的、长距离的电子密度的超周期性，它来自于石墨烯/TMD异质结构中石墨烯的两个谷地之间的电子散射。通过使用扫描隧道显微镜和光谱学，在每一个石墨烯/TMD异质结构中都直接成像了三种不同原子尺度的电子密度模式。

图1. 石墨烯/TMD异质结构中大尺度的√3×√3 R30°电子密度。(a) 器件结构：单层石墨烯被放置在大块二维TMD上，然后石墨烯/TMD异质结构被放置在SiO₂/Si基底上。(b) 石墨烯/Se₂异质结构的原子分辨STM图像和STS图（在V = 40 mV，I = 30 pA时测量），石墨烯和Se₂之间的扭曲角为49.3°。√3 × √ 3 R30°电子密度和石墨烯晶格的单元格分别用红色和黄色的钻石标记。(c) (b)面板中的STS图的FT。黄色、白色和绿色的圆圈分别是石墨烯、Se₂和石墨烯/Se₂的莫雷布拉格峰位置。六个红色圆圈是在√3×√3 R30°电子密度的波长处。(d) 通过石墨烯和√3 ×√3 R30°电子密度峰的切线，由(c)中FT中的箭头表示。√3 × √3 R30°的电子密度峰与石墨烯峰一样尖锐。(e) 原子解析STS图显示了六个不同的石墨烯/TMD异质结构中的 “Y “形电子密度。dI/dV图是在STM反馈打开的情况下进行的。测量的能量为167meV（G/WSe₂，θ=20.6°），225meV（G/WSe₂，θ=0.0°），38meV（G/WSe₂，θ=54.5°），223meV（G/WSe₂，θ=49.3°），80meV（G/WS₂，θ=18.7°），以及-8meV（G/WS₂，θ=15.7°）。红色和黄色的钻石分别代表了电子密度和石墨烯的单元格。

图2. 石墨烯/TMD异质结构中不同的√3×√3 R30°电子密度键纹理。(a,b,c)在20.6°石墨烯/Se₂异质结构中观察到的 “Y “形、互补 “Y “形和 “M “形电子密度。(d,e,f) 在15.6°的石墨烯/WS₂异质结构中观察到的 “Y “形、互补 “Y “形和 “M “形订单。红色钻石和黄色钻石分别代表了√3×√3 R30°电子密度和石墨烯晶格的单元格。

图3. 开启和关闭石墨烯中的√3×√3 R30°电子密度。(a) 具有两种不同距离的石墨烯/TMD异质结构的示意图。一个STM尖端脉冲可以局部调整石墨烯和TMD之间的距离。(b) 扭曲角为49.3°的弱耦合石墨烯/Se₂异质结构的dI/dV光谱。由电子-光子耦合引起的费米水平附近有一个明显的差距。插图：d²I/dV²光谱。在60 mV和-60 mV有一个峰值和一个凹陷。(c) 当石墨烯被调整为与Se₂强耦合时，在(b)面板的相同位置记录的dI/dV光谱。插图：d²I/dV²光谱。(d,e) 分别为弱耦合和强耦合情况下的石墨烯/Se₂异质结构的原子分辨STS图。石墨烯晶格的周期在（d）中很明显，显示为黄色钻石。在（e）中，√3×√3 R30°电子密度的单元格由红色钻石标记。(f,g) (d,e)面板中的STS图的FT。黄色、白色、绿色和红色的圆圈分别是石墨烯、WSe₂、石墨烯/WSe₂摩尔纹和√3 ×√3 R30°电子密度的布拉格峰位置。在(e,g)面板中，关于摩尔纹的信息被过滤掉了。

相关研究成果由北京师范大学Lin He等人2023年发表在Nano Letters (https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c04957)上。原文：Observation of Robust and Long-Ranged Superperiodicity of Electronic Density Induced by Intervalley Scattering in Graphene/Transition Metal Dichalcogenide Heterostructures。