CN116013964B - 一种可调谐二维材料超晶格器件的实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及凝聚态物理领域，特别涉及一种可调谐二维材料超晶格器件的实现方法。该实现方法包括构建二维材料超晶格，并通过超晶格结构参数调控单元实现二维材料超晶格器件的调谐。所述的二维材料超晶格由氮化硼/二维材料/氮化硼三明治结构以及可变形纳米栅极构成；所述的结构参数调控单元，包含样品台，压电陶瓷以及控制器，本发明通过压电陶瓷控制可变形纳米栅极表面形貌，从而改变栅极与三明治结构接触面积，实现二维材料超晶格结构参数的原位调控。

Description

一种可调谐二维材料超晶格器件的实现方法
技术领域
本发明涉及凝聚态物理领域，特别涉及一种可调谐二维材料超晶格器件的实现方法。
背景技术
超晶格可以看成是一种人造电子学晶体，和天然晶体材料一样，电子在该人造晶体中在周期性势场中运动，其运动规律可以用能带理论描述并符合布洛赫定理。相比天然晶体材料中固定的势场分布，超晶格中的势场分布可以人为控制和设计，因此其也成为了人为改造和构造电子能带的主要方法。二维材料由于其特殊性质为基于超晶格的能带工程提供了优良的材料平台。首先，其电子在材料面内流动，可以直接感受到外加势场的作用。因此，相比传统半导体异质结构，在二维材料中更容易实现人造周期性势场环境，同时二维的特点也使得该类超晶格具有高度的电可调节特性。目前，基于二维材料超晶格已实现非常规超导、非常规铁电、铁磁、量子反常霍尔效应等物理现象。
虽然二维材料超晶格已经有诸多成熟的实现方法，但现有方法产生的超晶格结构参数固定，无法实现原位调节，给二维材料超晶格的系统性研究及应用带来了挑战。
发明内容
本发明针对现有技术不足，提出一种可调谐二维材料超晶格器件的实现方法，通过构建二维材料超晶格，并通过超晶格结构参数调控单元实现二维材料超晶格器件的调谐。
本发明的技术方案主要包括：提出一种可调谐二维材料超晶格器件的实现方法，包括利用超晶格结构参数调控单元调谐二维材料超晶格器件；
所述超晶格结构参数调控单元包括样品台、压电陶瓷以及控制器；
所述二维材料超晶格器件是基于二维材料超晶格构建；
所述二维材料超晶格包括氮化硼/二维材料/氮化硼三明治结构、支撑衬底以及可变形纳米栅极。
进一步地，所述氮化硼/二维材料/氮化硼三明治结构，用于实现高质量二维材料导电沟道。
进一步地，所述氮化硼/二维材料/氮化硼三明治结构中的二维材料包括但不限于石墨烯、过渡金属氧化物、过渡金属硫化物中的一种或几种；所述氮化硼层用于保护所述氮化硼/二维材料/氮化硼三明治结构中的二维材料。
进一步地，所述氮化硼/二维材料/氮化硼三明治结构中的氮化硼层可为其他用于保护所述二维材料的薄层材料。
进一步地，所述支撑衬底用于支撑超晶格结构。
进一步地，所述可变形纳米栅极，包含可变形纳米结构以及处于其表面的导电薄膜；
所述可变形纳米结构的形状和结构可人为设计；所述可变形纳米结构可用于定义超晶格单胞形状、周期以及占空比等结构参数；
所述导电薄膜用于调节二维材料表面势场分布，和/或，超晶格栅极电压的调节。
进一步地，所述超晶格结构参数调控单元，用于控制可变形纳米栅极形变，实现超晶格结构参数原位实时调节。
进一步地，所述样品平台用于连接压电陶瓷与超晶格结构。
进一步地，所述压电陶瓷在不同外加电压下产生不同位移，使可变形纳米栅极发生不同形变。所述压电陶瓷与可变形纳米栅极连接端面在受到外加电压时会由于压电效应发生位移，此时其将推动可变形纳米栅极发生形变，由于压电陶瓷位移与外界电压大小相关，因此，通过控制外加电压大小可以控制可变形纳米栅极变形量。
进一步地，所述可变形纳米栅极发生形变可改变二维材料表面周期势场分布，并改变超晶格占空比或周期。
进一步地，所述控制器用于控制压电陶瓷形变，以控制可变形纳米栅极形变。
与现有技术相比，本发明提供了一种可调谐二维材料超晶格器件的实现方法，具备以下有益效果：
1.本发明通过包括超晶格三明治结构、可变形纳米栅极、样品台以及控制系统的构造实现二维材料超晶格器件的可调谐；通过人为设计栅极结构，实现超晶格单胞形状和大小的任意设计，利用压电陶瓷控制超晶格可变形纳米栅极形变，实现超晶格空间结构参数的调节；本发明所述结构参数调控单元，用于控制可变形纳米栅极形变，从而实现超晶格结构参数原位实时调节。
2.本发明通过氮化硼及其他薄层材料实现对二维材料的保护；所述支撑衬底用于支撑超晶格结构；所述可变形纳米结构用于定义超晶格单胞形状、周期以及占空比等结构参数；所述可变形纳米栅极表面的导电薄膜用于调节二维材料表面势场分布，同时用于超晶格栅极电压的调节。
3.本发明所述样品平台用于连接压电陶瓷与超晶格结构，压电陶瓷在不同外加电压下产生不同位移，从而使可变形纳米栅极发生不同形变；本发明所述二维材料超晶格中的拓扑态也为电子学和光学拓扑绝缘体提供了物理平台，该平台相比其他传统平台而言具有物理结构简单且可调的优点。
4.本发明所述二维材料超晶格，基于二维材料电子能带结构具有良好的电可调性这一特性，利用二维材料超晶格可以实现人为构造且电可调的能带结构，为多体系统基态创造了理想的实现环境。
附图说明
图1示出了本发明的一种可调谐二维材料超晶格结构示意图；其中，图a为器件整体结构示意图，图b为二维材料超晶格示意图；
图2示出了本发明的一种两种不同压力下可变形栅极形貌图以及其引起的超晶格表面电荷密度分布示意图；
图3示出了本发明的一种超晶格常见单胞形状示意图；
图4示出了本发明的一种超晶格常见晶格排布示意图；
图中，1、压电驱动器；2、基座；3、样品平台；4、衬底材料；5、氮化硼层；6、二维材料层；7、导电薄膜；8、可变形纳米结构层。
具体实施方式
为更好地理解本发明，将给出具体实施例对本发明做出进一步说明，然而应当理解，所阐述实施例为示例性实施例，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本发明的实施例中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，如可为机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参见图1，为本发明的可调谐二维材料超晶格结构示意图，器件主要由两部分组成：样品台以及二维材料超晶格，其中，样品台包括压电驱动器1、基座2和样品平台3。样品台用于支撑超晶格结构，同时实现超晶格结构中氮化硼/二维材料/氮化硼三明治结构与可变形纳米栅极之间距离的精准调控，其主要由上下支撑面和环形压电陶瓷纳米驱动器1组成，所述上下支撑面包括基座2和样品平台3，如图1(a)所示。二维材料超晶格结构由三部分组成：衬底材料4，氮化硼/二维材料/氮化硼三明治结构和可变形纳米栅极，其中，氮化硼/二维材料/氮化硼三明治结构包括上下氮化硼层5和二维材料层6；可变形纳米栅极包括导电薄膜7和可变形纳米结构8，如图1(b)所示。
在本发明的一些实施例中，当在压电驱动器1上施加不同电压时，下层氮化硼层5与可变形纳米结构8之间距离发生变化，纳米栅极由于压缩产生变形，不同电压下形变不同。图2给出了两种不同压电陶瓷电压下，可变形栅极形貌图以及其引起的超晶格表面电荷密度分布示意图，白色区域电荷密度n＝0，灰色区域电荷密度根据栅压大小可调。可以看出，不同压电陶瓷电压下周期性势场空间分布的占空比不同。
在本发明的一些实施例中，超晶格单胞形状由可变形纳米结构决定，可以为图3所示的方形、圆形、三角形等常见单胞形状之一，也可以为可实现本发明的其他任意形状。
在本发明的一些实施例中，超晶格晶格排布由可变形纳米结构阵列排布决定，可以为图4所示的正方排布、三角排布或蜂窝状排布，也可以为可实现本发明的其他任意形状的排布。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (3)

1.一种可调谐二维材料超晶格器件的实现方法，其特征在于，
所述实现方法包括利用超晶格结构参数调控单元调谐二维材料超晶格器件；
所述超晶格结构参数调控单元包括样品台、压电陶瓷以及控制器；
所述二维材料超晶格器件是基于二维材料超晶格构建；
所述二维材料超晶格包括氮化硼/二维材料/氮化硼三明治结构、支撑衬底以及可变形纳米栅极；
所述可变形纳米栅极，包含可变形纳米结构以及位于其表面的导电薄膜；
所述可变形纳米结构的形状和结构能够人为设计；
所述可变形纳米结构用于定义超晶格结构参数，所述结构参数包括单胞形状、周期以及占空比结构参数；
所述导电薄膜用于调节二维材料表面势场分布，和/或，超晶格栅极电压；
所述超晶格结构参数调控单元，用于控制所述可变形纳米栅极形变，实现超晶格结构参数原位实时调节；
所述样品台用于连接压电陶瓷与超晶格结构；
所述压电陶瓷与所述可变形纳米栅极连接端面在受到外加电压时由于压电效应发生位移，推动所述可变形纳米栅极发生形变；所述可变形纳米栅极发生形变改变二维材料表面周期势场分布，并改变超晶格占空比或周期。
2.根据权利要求1所述的可调谐二维材料超晶格器件的实现方法，其特征在于，所述氮化硼/二维材料/氮化硼三明治结构中的二维材料包括石墨烯、过渡金属氧化物、过渡金属硫化物中的一种或几种；氮化硼层用于保护所述氮化硼/二维材料/氮化硼三明治结构中的二维材料。
3.根据权利要求1所述的可调谐二维材料超晶格器件的实现方法，其特征在于，所述支撑衬底用于支撑超晶格结构。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0631168A1 (en) * 1993-06-25 1994-12-28 Nec Corporation Semiconductor optical modulator using a type II superlattice
CN106711225A (zh) * 2016-11-17 2017-05-24 北京交通大学 一种硫化物场效应晶体管及其制备方法
CN110116982A (zh) * 2019-05-14 2019-08-13 山东大学 一种新型压电式压力传感器及其制备方法
CN112635614A (zh) * 2020-12-21 2021-04-09 华南理工大学 一种采用栅调制石墨烯/半导体肖特基结的光电探测器及制备方法
CN113990971A (zh) * 2021-10-11 2022-01-28 华南师范大学 一种基于量子点超晶格和二维材料复合的光电探测器
CN114710132A (zh) * 2021-05-26 2022-07-05 南京大学 一种频率电可调的弹性波拓扑绝缘体及功能组件

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11621386B2 (en) * 2019-04-02 2023-04-04 International Business Machines Corporation Gate voltage-tunable electron system integrated with superconducting resonator for quantum computing device
US11393976B2 (en) * 2020-01-10 2022-07-19 Massachusetts Institute Of Technology Carbon-based volatile and non-volatile memristors

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0631168A1 (en) * 1993-06-25 1994-12-28 Nec Corporation Semiconductor optical modulator using a type II superlattice
CN106711225A (zh) * 2016-11-17 2017-05-24 北京交通大学 一种硫化物场效应晶体管及其制备方法
CN110116982A (zh) * 2019-05-14 2019-08-13 山东大学 一种新型压电式压力传感器及其制备方法
CN112635614A (zh) * 2020-12-21 2021-04-09 华南理工大学 一种采用栅调制石墨烯/半导体肖特基结的光电探测器及制备方法
CN114710132A (zh) * 2021-05-26 2022-07-05 南京大学 一种频率电可调的弹性波拓扑绝缘体及功能组件
CN113990971A (zh) * 2021-10-11 2022-01-28 华南师范大学 一种基于量子点超晶格和二维材料复合的光电探测器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
石墨烯纳米结构的边缘调控和相关电子学器件研究;中国科技成果(016);18-19 *
石墨烯莫尔超晶格体系的拓扑性质及光学研究进展;吕新宇;李志强;物理学报(022);21-32 *

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