第一作者：Sung Joon Ahn, Pilkyung Moon, Tae-Hoon Kim
通訊作者：Young-Woo Son, Cheol-Woong Yang, Joung Real Ahn
通訊單位：Sungkyunkwan University
研究亮點：
1. 大面積精準生長30°扭曲角度的雙層石墨烯準晶。
2. 實驗上證實石墨烯準晶中存在狄拉克錐, 揭示了不同尋常的層間偶聯(lián)機制。
準晶是一種介于晶體和非晶體之間的固體，準晶的發(fā)現(xiàn)從根本上改變了以往化學家對物體的構想。還記得那個段子嗎？“準晶，我先發(fā)現(xiàn)的，但沒告訴導師，因為畢業(yè)比諾獎重要！”2011年，諾貝爾化學獎授予以色列科學家達尼埃爾·謝赫特曼，以表彰他“發(fā)現(xiàn)了準晶”這一突出貢獻。
圖1. 諾獎得主達尼埃爾·謝赫特曼
準晶中存在一定的旋轉有序度，但是缺乏平移對稱性，在物理研究中常被拿來探索晶體和無序固體之間的特殊電子性能。其中，具有30°扭曲角度的準晶雙層石墨烯，是近年來準晶研究的熱點問題，尤其是為鏡像狄拉克錐提供了一個重要的載體。
譬如今年6月，清華大學周樹云團隊以30°扭角形成的準晶雙層石墨烯作為研究對象，在電子結構中觀察到獨特的鏡像狄拉克錐，揭示了描述層間耦合作用的更普適的新機制。
圖2. 30°扭角雙層石墨烯準晶中鏡像狄拉克錐可能的形成機理
Wei Yaoet al. Quasicrystalline 30° Twisted Bilayer Graphene as an Incommensurate Superlattice with Strong Interlayer Coupling. PNAS(2018) https://doi.org/10.1073/pnas.1720865115
今日凌晨，Science封面報道了Young-Woo Son, Cheol-Woong Yang和Joung Real Ahn等多個研究團隊關于在30°扭角雙層石墨烯準晶中發(fā)現(xiàn)狄拉克錐的最新成果。
圖3. 雙層石墨烯準晶
研究人員在4H-SiC基底上生長得到mm尺度的雙層石墨烯，層間扭曲角度精確控制在30°，具有十二邊形旋轉有序度。電子衍射和顯微鏡證實了準晶的形成，而角度分辨光發(fā)射譜則觀察到多種具有12重旋轉對稱性的狄拉克錐，揭示了不同尋常的層間電子準周期性偶聯(lián)機制。
狄拉克錐不是石墨烯的專屬。所謂狄拉克錐是指一種獨特的能帶結構，其能帶在分離填充和未填充電子的費米能級處呈上下對頂?shù)膱A錐形。研究發(fā)現(xiàn)，具有狄拉克錐能帶結構的材料，具有許多優(yōu)異的物理性質(zhì)，比如非常高的載流子遷移率和反常量子霍爾效應等。雖然，狄拉克錐在石墨烯和硅烯等二維納米材料中相繼被發(fā)現(xiàn)。但只有石墨烯中的狄拉克錐真正地被實驗所證實。
本段文字來源于宮非
總之，這項研究為探索具有全新物理性質(zhì)的新材料帶來了新思路。
圖4.石墨烯準晶的LEED圖案和TEM照片
圖5. 石墨烯準晶的ARPES譜中的能量分布圖
圖6. 石墨烯準晶的電子結構計算
圖7. 石墨烯準晶的ARPES譜和費米速度
參考文獻：
ung Joon Ahn, Pilkyung Moon, Tae-Hoon Kim, oung-Woo Son, Cheol-Woong Yang, Joung Real Ahn et al. Dirac electrons in a dodecagonal graphene quasicrystal. Science 2018, 361, 782-786.
http://science.sciencemag.org/content/361/6404/782
