グラフェン/HBNファンデルワールスヘテロ構造のAB initio研究：電子特性に対する電界、ツイスト角度、P-nドーピングの効果

この作業では、グラフェンシートの間に挟まれた窒化ホウ素の二重層の構造的および電子的特性を研究します。さまざまなスタッキング、ツイスト角度、ドーピング、および適用された外部ゲート電圧は、フェルミレベル近くの電子バンド構造に重要な変化を誘発すると報告されています。MEVのオーダーの小さな電子横方向のギャップは、DIRACポイントKの近くに現れる可能性があります。さらに、バンド構造が垂直の外部電界を適用する方法をさらに説明し、そのアプリケーションがディラックコーンの縮退をどのように持ち上げ、ねじれたケースでは、ねじれた場合に、交差点をフェルミエネルギーから遠ざけます。次に、非対称の方法で、2つの外部グラフェン層を共同ドープする可能性を考慮します。これは、基質に堆積したヘテロ構造で実現できる状況です。共同ドーピングは効果的な外部電界として機能し、ディラックコーンの縮退を破壊することを示します。最後に、私たちの作品は、フィールド強度とP-Nの共同ドーピングで遊ぶことにより、小さな横隙間を調整し、C/BNサンドイッチ構造のナノ光学的テラヘルツデバイスとしての適用の可能性をどのように指しているかを示しています。

In this work, we study the structural and electronic properties of boron nitride bilayers sandwiched between graphene sheets. Different stacking, twist angles, doping, as well as an applied external gate voltage, are reported to induce important changes in the electronic band structure near the Fermi level. Small electronic lateral gaps of the order of few meV can appear near the Dirac points K. We further discuss how the bandstructures change applying a perpendicular external electric field, showing how its application lifts the degeneracy of the Dirac cones and, in the twisted case, moves their crossing points away from the Fermi energy. Then, we consider the possibility of co-doping, in an asymmetric way, the two external graphene layers. This is a situation that could be realized in heterostructures deposited on a substrate. We show that the co-doping acts as an effective external electric field, breaking the Dirac cones degeneracy. Finally, our work demonstrates how, by playing with field strength and p-n co-doping, it is possible to tune the small lateral gaps, pointing towards a possible application of C/BN sandwich structures as nano-optical terahertz devices.