پژوهش سیستم های بس ذره ای

پژوهش سیستم های بس ذره ای

بررسی خواص منحصر به فرد گرافن سه لایه پیچ خورده برای کاربردهای الکترونیکی پیشرفته

نوع مقاله : مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان
1 گروه فیزیک، دانشکده علوم و فناوری‌های نوین، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه
2 گروه فیزیک ماده چگال، دانشکده فیزیک، دانشگاه تبریز، تبریز
چکیده
این مقاله تحقیقاتی به‌بررسی خواص و کاربردهای گرافن سه لایة پیچ‌خورده، یک ماده دو بعدی جدید می‌پردازد که با خواص الکترونیکی و ساختاری منحصر به‌فرد آن مشخص می‌شود. با استفاده از چارچوب‌های نظری پیشرفته و روش‌های محاسباتی، ما اثرات زوایای پیچش، جهت دوران و میدان جابه‌جائی را بر ساختار نوار الکترونیکی بررسی می‌کنیم. همچنین از چگالی حالت‌ها نیز جهت تأیید نتایج استفاده می‌گردد. این مطالعه بینش‌های قابل توجهی را در مورد ظهور نوارهای تخت و پدیده‌های الکترونی همبسته نشان می‌دهد که برای درک رفتار گرافن سه لایة پیچ‌خورده در این سامانه‌ها بسیار مهم هستند. علاوه‌بر این، پیامدهای یافته‌های خود را برای تحقیقات تجربی و نظری آینده مورد بحث قرار می‌دهیم و پتانسیل ساختار گرافن سه لایة پیچ‌خورده را در دستگاه‌های الکترونیکی نسل بعدی و مواد کوآنتومی برجسته می‌کنیم.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Investigating the Unique Properties of Twisted Trilayer Graphene for Advanced Electronic Applications

نویسندگان English

Fatemeh Nemati Rishakan 1
Reza HabibpourBisafar 2
1 Department of Physics, Faculty of science and new technologies, Urmia University of Technology, Urmia, Iran
2 Departments of Physics, Condensed Matter Group, Faculty of physics, Tabriz university, Tabriz, Iran
چکیده English

This research paper investigates the properties and applications of twisted trilayer graphene, characterized by its unique electronic properties. By employing advanced theoretical frameworks and computational methods, we explore the effects of the twisting angle value,  rotation direction, and displacement field on the electronic band structure of twisted trilayer graphene. The density of states was also used to confirm the results. The study reveals significant insights into the emergence of flat bands and correlated electron phenomena, which are pivotal for understanding the behavior in these systems. Furthermore, we discuss the implications of our findings for future experimental and theoretical investigations, highlighting the potential of twisted trilayer graphene in next-generation electronic devices and quantum materials.

کلیدواژه‌ها English

Twisted trilayer graphene
Moire pattern
Band structure
Density of states
[1] J.M. Park, Y. Cao, K. Watanabe, T. Taniguchi, P. Jarillo-Herrero, Tunable strongly coupled superconductivity in magic-angle twisted trilayer graphene, Nature 590 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03192-0.
[2] H. Kim, Y. Choi, C. Lewandowski, A. Thomson, Y. Zhang, R. Polski, K. Watanabe, T. Taniguchi, J. Alicea, S. Nadj-Perge,Evidence for unconventional superconductivity in twisted trilayer graphene, Nature 606 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04715-z.
[3] C. Repellin, Z. Dong, Y.H. Zhang, T. Senthil, Ferromagnetism in Narrow Bands of Moiré Superlattices, Phys. Rev. Lett. 124 (2020).https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.187601.
[4] Y. Liu, J. Wang, S. Kim, H. Sun, F. Yang, Z. Fang, N. Tamura, R. Zhang, X. Song, J. Wen, B.Z. Xu, M. Wang, S. Lin, Q. Yu, K.B. Tom, Y. Deng, J. Turner, E. Chan, D. Jin, R.O. Ritchie, A.M. Minor, D.C. Chrzan, M.C. Scott, J. Yao, Helical van der Waals crystals with discretized Eshelby twist, Nature 570 (2019). https://doi.org/10.1038/s41586-019-1308-y.
[5] L. Zou, H.C. Po, A. Vishwanath, T. Senthil, Band structure of twisted bilayer graphene: Emergent symmetries, commensurate approximants, and Wannier obstructions, Phys. Rev. B 98 (2018). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.085435.
[6] D. V. Chichinadze, L. Classen, A. V. Chubukov, Nematic superconductivity in twisted bilayer graphene, Phys. Rev. B 101 (2020). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.224513.
[7] G.W. Burg, J. Zhu, T. Taniguchi, K. Watanabe, A.H. MacDonald, E. Tutuc, Correlated Insulating States in Twisted Double Bilayer Graphene, Phys. Rev. Lett. 123 (2019). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.197702.
[8] J. Cao, M. Wang, S.F. Qian, C.C. Liu, Y. Yao, Ab initio four-band Wannier tight-binding model for generic twisted graphene systems, Phys. Rev. B 104 (2021).https://doi.org/10.1103/PhysRevB.104.L081403.
[9] A. Vela, M.V.O. Moutinho, F.J. Culchac, P. Venezuela, R.B. Capaz, Electronic structure and optical properties of twisted multilayer graphene, Phys. Rev. B 94 (2018). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.155135.
[10] S. Talkington, E.J. Mele, Electric-field-tunable band gap in commensurate twisted bilayer graphene, Phys. Rev. B 107 (2023). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.L041408.
[11] X. Chen, L. Wang, J. Ishizuka, R. Zhang, K. Nogaki, Y. Cheng, F. Yang, Z. Chen, F. Zhu, Z. Liu, J. Mei, Y. Yanase, B. Lv, Y. Huang, Coexistence of near- EF Flat Band and Van Hove Singularity in a Two-Phase Superconductor, Phys. Rev. X 14 (2024). https://doi.org/10.1103/PhysRevX.14.021048.
[12] E. Khalaf, A.J. Kruchkov, G. Tarnopolsky, A. Vishwanath, Magic angle hierarchy in twisted graphene multilayers, Phys. Rev. B 100 (2019). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.085109.
[13] A. Dunbrack, J. Cano, Intrinsically multilayer moiré heterostructures, Phys. Rev. B 107 (2023). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.235425.
[14] J. Attig, J. Park, M.M. Scherer, S. Trebst, A. Altland, A. Rosch, Universal principles of moiré band structures, 2D Mater. 8 (2021).https://doi.org/10.1088/2053-1583/ac1cf0.
[15] Z. Zhu, S. Carr, D. Massatt, M. Luskin, E. Kaxiras, Twisted Trilayer Graphene: A Precisely Tunable Platform for Correlated Electrons, Phys. Rev. Lett. 125 (2020). https://doi.org/10.1103/PHYSREVLETT.125.116404.
[16] Z. Zhu, P. Cazeaux, M. Luskin, E. Kaxiras, Modeling mechanical relaxation in incommensurate trilayer van der Waals heterostructures, Phys. Rev. B 101 (2020).https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.224107.
[17] A. Uri, S.C. de la Barrera, M.T. Randeria, D. Rodan-Legrain, T. Devakul, P.J.D. Crowley, N. Paul, K. Watanabe, T. Taniguchi, R. Lifshitz, L. Fu, R.C. Ashoori, P. Jarillo-Herrero, Superconductivity and strong interactions in a tunable moiré quasicrystal, Nature 620 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06294-z.
[18] Y. Cao, V. Fatemi, S. Fang, K. Watanabe, T. Taniguchi, E. Kaxiras, P. Jarillo-Herrero, Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices, Nature 556 (2018).https://doi.org/10.1038/nature26160.
[19] N. Maksimovic, R. Day, A. Liebman-Peláez, F. Wan, N.H. Jo, C. Jozwiak, A. Bostwick, E. Rotenberg, S. Griffin, J. Singleton, J.G. Analytis, Strongly correlated itinerant magnetism near superconductivity in NiTa4Se8, Phys. Rev. B 106 (2022). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.106.224429.
[20] V.M. Silkin, J. Zhao, F. Guinea, E. V. Chulkov, P.M. Echenique, H. Petek, Image potential states in graphene, Phys. Rev. B - Condens. Matter Mater. Phys. 80 (2009). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.80.121408.
[21] A.H. Castro Neto, F. Guinea, N.M.R. Peres, K.S. Novoselov, A.K. Geim, The electronic properties of graphene, Rev. Mod. Phys. 81 (2009). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.81.109.
[22] T. Necio, M. Birowska, Supercell-core software: A useful tool to generate an optimal supercell for vertically stacked nanomaterials, AIP Adv. 10 (2020). https://doi.org/10.1063/5.0023984.
[23] G. Chen, L. Jiang, S. Wu, B. Lyu, H. Li, B.L. Chittari, K. Watanabe, T. Taniguchi, Z. Shi, J. Jung, Y. Zhang, F. Wang, Evidence of a gate-tunable Mott insulator in a trilayer graphene moiré superlattice, Nat. Phys. 15 (2019). https://doi.org/10.1038/s41567-018-0387-2.
[24] E. V. Castro, K.S. Novoselov, S. V. Morozov, N.M.R. Peres, J.M.B.L. Dos Santos, J. Nilsson, F. Guinea, A.K. Geim, A.H.C. Neto, Biased bilayer graphene: Semiconductor with a gap tunable by the electric field effect, Phys. Rev. Lett. 99 (2007). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.99.216802.
[25] J.H. Wilson, Y. Fu, S. Das Sarma, J.H. Pixley, Disorder in twisted bilayer graphene, Phys. Rev. Res. 2 (2020). https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.023325.
دوره 15، شماره 1 - شماره پیاپی 44
بهار 1404
بهار 1404
صفحه 81-92

  • تاریخ دریافت 24 بهمن 1403
  • تاریخ بازنگری 21 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش 09 آذر 1404