Twistronics: Manipulating the Electronic Properties of Two-dimensional Layered Structures through their Twist Angle

非周期图 扭转 电子结构 密度泛函理论 凝聚态物理 半金属 半导体 从头算 石墨烯 功能(生物学) 物理 材料科学 纳米技术 量子力学 几何学 带隙 数学 生物 进化生物学 组合数学
作者
Stephen Carr,Daniel Massatt,Shiang Fang,Paul Cazeaux,Mitchell Luskin,Efthimios Kaxiras
出处
期刊:Bulletin of the American Physical Society 卷期号:2017
链接
摘要

The ability in experiments to control the relative twist angle between successive layers in two-dimensional (2D) materials offers an approach to manipulating their electronic properties; we refer to this approach as ``twistronics.'' A major challenge to theory is that, for arbitrary twist angles, the resulting structure involves incommensurate (aperiodic) 2D lattices. Here, we present a general method for the calculation of the electronic density of states of aperiodic 2D layered materials, using parameter-free Hamiltonians derived from ab initio density-functional theory. We use graphene, a semimetal, and ${\mathrm{MoS}}_{2}$, a representative of the transition-metal dichalcogenide family of 2D semiconductors, to illustrate the application of our method, which enables fast and efficient simulation of multilayered stacks in the presence of local disorder and external fields. We comment on the interesting features of their density of states as a function of twist angle and local configuration and on how these features can be experimentally observed.

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