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Designed growth of large bilayer graphene with arbitrary twist angles

材料科学 光谱学 纳米技术 扭转 石墨烯 蚀刻(微加工) 光电子学 物理 几何学 数学 量子力学 图层(电子)
作者
Can Liu,Zehui Li,Ruixi Qiao,Qinghe Wang,Zhibin Zhang,Fang Liu,Ziqi Zhou,Nianze Shang,Hong-Wei Fang,Meixiao Wang,Zhongkai Liu,Feng Zuo,Yang Cheng,Heng Wu,Dewei Gong,Song Liu,Zhensheng Zhang,Dingxin Zou,Ying Fu,Jun He
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:21 (11): 1263-1268 被引量:85
标识
DOI:10.1038/s41563-022-01361-8
摘要

The production of large-area twisted bilayer graphene (TBG) with controllable angles is a prerequisite for proceeding with its massive applications. However, most of the prevailing strategies to fabricate twisted bilayers face great challenges, where the transfer methods are easily stuck by interfacial contamination, and direct growth methods lack the flexibility in twist-angle design. Here we develop an effective strategy to grow centimetre-scale TBG with arbitrary twist angles (accuracy, <1.0°). The success in accurate angle control is realized by an angle replication from two prerotated single-crystal Cu(111) foils to form a Cu/TBG/Cu sandwich structure, from which the TBG can be isolated by a custom-developed equipotential surface etching process. The accuracy and consistency of the twist angles are unambiguously illustrated by comprehensive characterization techniques, namely, optical spectroscopy, electron microscopy, photoemission spectroscopy and photocurrent spectroscopy. Our work opens an accessible avenue for the designed growth of large-scale two-dimensional twisted bilayers and thus lays the material foundation for the future applications of twistronics at the integration level.
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