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近年來，二維材料以其優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)以及力學(xué)性質(zhì)被廣泛關(guān)注和研究。得益于二維材料層狀結(jié)構(gòu)及弱層間范德華相互作用，不同的二維材料可以像樂高積木一樣相互組合形成各種二維材料異質(zhì)結(jié)。正如樂高積木有無窮種搭建方式，二維材料也可以組合出具有不同性能的二維材料異質(zhì)結(jié)，這為器件應(yīng)用和諸多基礎(chǔ)物理現(xiàn)象研究提供了一個(gè)絕佳的材料體系。另外，通過調(diào)節(jié)二維材料異質(zhì)結(jié)堆疊結(jié)構(gòu)，二維材料異質(zhì)結(jié)的性能可以進(jìn)一步被改變，甚至產(chǎn)生許多新奇的物理現(xiàn)象。其中，二維材料異質(zhì)結(jié)的堆疊轉(zhuǎn)角調(diào)控作為一種重要手段，引起了二維材料研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。目前已經(jīng)報(bào)道了有許多有趣的異質(zhì)結(jié)堆疊轉(zhuǎn)角調(diào)控現(xiàn)象，例如零轉(zhuǎn)角石墨烯/六方氮化硼異質(zhì)結(jié)的量子輸運(yùn)性質(zhì)、轉(zhuǎn)角控制下的石墨烯/六方氮化硼/石墨烯異質(zhì)結(jié)共振隧穿、轉(zhuǎn)角二硒化鉬/二硒化鎢層間激子形成、以及小轉(zhuǎn)角（魔角）雙層石墨烯中的莫特絕緣體轉(zhuǎn)變和超導(dǎo)現(xiàn)象等。因此研究堆疊轉(zhuǎn)角對(duì)二維材料異質(zhì)結(jié)性質(zhì)的影響具有重大意義。
近日，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心納米物理與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張廣宇研究組博士研究生廖夢舟與北京理工大學(xué)姚裕貴研究組博士研究生吳澤文合作，結(jié)合掃描探針技術(shù)和第一性原理計(jì)算，研究了堆疊轉(zhuǎn)角調(diào)控下的單層二硫化鉬/石墨烯異質(zhì)結(jié)的垂直電學(xué)行為。實(shí)驗(yàn)獲得的結(jié)果為理解堆疊轉(zhuǎn)角對(duì)異質(zhì)結(jié)性能影響提供了重要的信息。
實(shí)驗(yàn)利用原子力顯微鏡原位操縱與測量，可以連續(xù)調(diào)控石墨烯上外延生長的單層二硫化鉬，形成堆疊轉(zhuǎn)角可調(diào)的異質(zhì)結(jié)，并原位測量了異質(zhì)結(jié)的垂直電導(dǎo)。研究發(fā)現(xiàn)單層二硫化鉬/石墨烯異質(zhì)結(jié)的垂直導(dǎo)電行為強(qiáng)烈依賴于異質(zhì)結(jié)的堆疊轉(zhuǎn)角，其垂直電阻隨堆疊轉(zhuǎn)角從0度到30度單調(diào)遞增。30度堆疊轉(zhuǎn)角異質(zhì)結(jié)的垂直電阻大約是0度堆疊轉(zhuǎn)角的5倍。第一性原理計(jì)算表明，產(chǎn)生不同堆疊轉(zhuǎn)角下二硫化鉬/石墨烯異質(zhì)結(jié)垂直電阻變化的原因在于不同轉(zhuǎn)角下隧穿電流通過硫化鉬層的隧穿系數(shù)不同，即隧穿系數(shù)從0度至30度堆疊轉(zhuǎn)角逐漸減小。不同隧穿系數(shù)的產(chǎn)生是由不同堆疊轉(zhuǎn)角下隧穿電流在二硫化鉬層K空間上分布不同所造成的，最終影響了隧穿電流的大小。
由于石墨烯/二硫化鉬異質(zhì)結(jié)具有良好的光電和氣體傳感應(yīng)用潛力，同時(shí)石墨烯電極被廣泛應(yīng)用于降低二位過渡金屬硫?qū)倩锝佑|電阻。因此這一研究為調(diào)節(jié)二硫化鉬/石墨烯異質(zhì)結(jié)性能提供了指導(dǎo)，同時(shí)為利用石墨烯作為二維過渡金屬硫?qū)倩锏慕佑|電極以降低接觸電阻提供了一種新的思路，對(duì)二維過渡金屬硫?qū)倩锏碾娮雍凸怆娖骷?yīng)用具有重大意義。相關(guān)工作發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications 9, 4068, doi:10.1038/s41467-018-06555-w (2018))上。
上述工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（Grant No. 2016YFA0300904）、中科院前沿科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（Grant No. QYZDB-SSW-SLH004）、中科院先導(dǎo)B項(xiàng)目（Grant Nos. XDPB06、XDB07010100）、國家自然科學(xué)基金（Grant Nos. 51572289、61734001、11574029、11574361）、科技部（Grants No. 2014CB920903）和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)（Grants No. 2018013）等的資助。
