利用原子力顯微鏡對二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)上莫列波紋的研究：自2004年石墨烯被發(fā)現(xiàn)具有開創(chuàng)性的特性后，二維材料在納米電子學(xué)、柔性光電子學(xué)和電化學(xué)儲能等領(lǐng)域都拓展了它的應(yīng)用前景，并得到了廣泛的研究。為了獲得更廣泛的材料特性，并且應(yīng)用到相應(yīng)的各個應(yīng)用領(lǐng)域，研究人員在一個稱為Twistronics的新研究領(lǐng)域中研究了不同二維材料相互疊置的范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)，由于材料的不同周期性和兩層之間的輕微扭曲角，這種超晶格出現(xiàn)，其特征是比原始單層具有更大的周期性。
這些超晶格是莫列波紋?；旧希胁y是一種干涉波紋，通過疊加類似但略有偏移的周期結(jié)構(gòu)而獲得。對于二維材料，這種波紋既可以發(fā)生在微壓范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，也可以發(fā)生在通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積（CVD）或分子束外延（MBE）生長的層中。
Figure 1: 疊加并使兩個周期結(jié)構(gòu)存在2.5°扭轉(zhuǎn)角的莫列波紋
將莫列波紋的周期性與超導(dǎo)性、鐵磁性或?qū)щ娡負(fù)渫ǖ赖炔牧咸匦月?lián)系起來并加以調(diào)整，莫列波紋的精確成像對于范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究和未來工業(yè)應(yīng)用至關(guān)重要。原子力顯微鏡是一種真實空間、高分辨率的成像技術(shù)，它不僅可以通過樣品成像捕獲樣品表面的超晶格，而且可以實現(xiàn)莫列波紋的可視化機電響應(yīng)。因為莫列波紋上典型的波紋變化高度約為10–50 pm，其可視化要求afm原子力顯微鏡在所有主要成像模式下具有低噪聲性能。特別是對莫列波紋進(jìn)行接觸模式成像是任何原子力顯微鏡的基準(zhǔn)噪聲測試。
在這里，我們將展示公司的大樣品afm原子力顯微鏡如何在石墨烯/ hBN （六角氮化硼）范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)上解析從11到15nm具有不同周期的莫列波紋。
在這個例子中，我們在 hBN 單晶片的頂部使用了一個微沖壓石墨烯層。這種樣品通常在樣品表面上顯示皺紋和氣泡，以及顯示莫列波紋的需要平坦區(qū)域。
這些莫列波紋已成功地在接觸和輕敲模式下成像。輕敲模式圖像清晰地顯示了微壓石墨烯的三個主要特征：皺紋、氣泡和不同的莫列波紋（I-III）。這些變化的莫列波紋來源于石墨烯和hBN的原子晶格之間的微小角度不匹配，這種不匹配發(fā)生在微沖壓過程中。
總結(jié)
通過在接觸和輕敲模式下，通過對石墨烯/hBN異質(zhì)結(jié)構(gòu)上的莫列波紋的分析，我們證明了大樣品原子力顯微鏡具有高分辨率、低噪聲成像的能力，這是對堆疊二維材料超晶格精確表征所需的能力。因此，我們的結(jié)果突出了afm原子力顯微鏡的潛力，以促進(jìn) Twistronics在學(xué)術(shù)和工業(yè)研究領(lǐng)域的發(fā)展。
Source
1. Novoselov, K. S. et al. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. Science (80-. ). 306, 666 LP – 669 (2004).
2. Kim, S. J., Choi, K., Lee, B., Kim, Y. & Hong, B. H. Materials for Flexible, Stretchable Electronics: Graphene and 2D Materials. Annu. Rev. Mater. Res. 45, 63–84 (2015).
3. Carr, S. et al. Twistronics: Manipulating the electronic properties of two-dimensional layered structures through their twist angle. Phys. Rev. B 95, 75420 (2017).
4. He, F. et al. Moiré Patterns in 2D Materials: A Review. ACS Nano (2021). doi:10.1021/acsnano.0c10435
5. McGilly, L. J. et al. Visualization of moiré superlattices. Nat. Nanotechnol. 15, 580–584 (2020).