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摘要
石墨烯作为新型二维材料,从2004年至今一直受到广泛研究关注,然而石墨烯作为一种零带隙半金属,其在先进纳米半导体电子领域的应用受到了极大限制.虽然石墨烯的重要物理性质都是基于其特殊的二维平面晶体结构中sp2杂化的C—C键所引起的新颖能带结构,但垂直于石墨烯面内的面外所受到的层间范德华作用对其面内的物理性质也有着非常显著的影响.例如,对少层石墨烯的插层不仅可在垂直面内的方向改变分子结构秩序,而且还能实现对石墨烯电子能带结构的调制,从而衍生新的物理和化学性质.受主型插层剂对石墨烯可产生强空穴掺杂效应,使其成为一种与传统金属相当的高导电性材料.此外,受主型插层剂对3层石墨烯进行非对称插层,可实现石墨烯带隙打开.同时,施主型插层剂可导致石墨烯呈现超导状态.除了在相邻石墨烯层间引入新的插层剂以调节其电子结构而获得新颖物理特性外,相邻石墨烯层之间的扭曲堆叠也将对其产生显著的物理特性的调制.传统上,当2层石墨烯具有一定的扭曲角度时,顶层和底层之间的范德华耦合会在狄拉克点附近形成线性色散的新能带结构,并在附近呈现范霍夫奇点,但当顶部和底部石墨烯层之间的扭曲角减小到约1.1°时,在费米能级处将形成一个非常平坦的新带,从而产生电荷密度波效应诱导的超导状态,这个扭曲角度也称为魔角.基于此,本文将主要综述近年来备受关注的石墨烯层间范德华作用改性,包括不同类型的异物分子对石墨烯层间的插层以及双层石墨烯的扭曲所引起的相关电子能带结构调制.
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单位中国科学院长春光学精密机械与物理研究所; 发光学及应用国家重点实验室
