納米多孔石墨烯 （NPG） 是橫向鍵合的碳納米帶，是控制納米尺度相干電子傳播的有前途的平臺。然而，為了實(shí)現(xiàn)成功的器件集成，NPG 最好位于保持或增強(qiáng)其各向異性傳輸特性的襯底上。在這里，使用原子緊束縛模型與非平衡格林函數(shù)相結(jié)合，我們研究了石墨烯上的 NPG，并表明它們的電子耦合被調(diào)制為層間扭曲角的函數(shù)。在小扭曲角 （θ ? 10°） 下，強(qiáng)雜化導(dǎo)致大量的層間傳輸和兩層電流中的類似 Talbot 的干擾。此外，由于扭曲誘導(dǎo)的鏡像對稱性破壞，注入的電流表現(xiàn)出手性特征。在增加扭轉(zhuǎn)角時(shí)，耦合減弱，單層電子特性恢復(fù)。此外，我們預(yù)測了光譜特征，允許通過掃描隧道顯微鏡探測扭曲依賴的層間耦合。
圖1. 系統(tǒng)設(shè)置和綁定傳輸。（a） NPG（紅色）、石墨烯（藍(lán)色）和扭曲的 NPG/石墨烯雙層的原子結(jié)構(gòu)。黑叉和黑點(diǎn)分別表示旋轉(zhuǎn)軸和注射部位。（b） 能量 E = −0.4 eV 的扭曲 NPG/石墨烯雙層中的實(shí)空間鍵傳輸圖。頂行：NPG 層。底行：石墨烯層。紅點(diǎn)表示 NPG 層中的進(jìn)樣點(diǎn)。比例尺為 10 nm。
圖2. NPG/石墨烯在不同 θ 處的帶結(jié)構(gòu)，投影在 NPG 上并展開到其布里淵區(qū)。展開的條帶在沿 （X → Γ） 和沿 （Γ → Y） NPG 帶軸的方向上表示。單層 NPG 的能帶結(jié)構(gòu)在對應(yīng)于 θ = 0°（灰色虛線）的面板中繪制為參考。插圖顯示了石墨烯的 K/K′ 點(diǎn)（藍(lán)色）和 NPG 的延伸 Γ 點(diǎn)在折疊前在廣義動(dòng)量空間中旋轉(zhuǎn)了相應(yīng)的角度（紅色）。
圖3. 不同 θ 下 NPG/石墨烯的能量分辨和平均 IPR。Aν 的平均值分別在負(fù)能量 Eν ∈ [−0.5， 0] eV（黑色實(shí)心條）和正能量 Eν ∈ [0， 0.5] eV（黑色空條）的狀態(tài)上取用。能量分辨 IPR A（E） 在 E = −0.4 eV（紅色實(shí)心方塊）和 E = 0.4 eV（紅色空方塊）處進(jìn)行評估。
圖4. （a） NPG/石墨烯在不同 θ 處投影在 NPG 上的態(tài)密度。單層 NPG 的 DOS 在所有情況下都顯示為參考（灰色陰影曲線）。（p）DOS 按原子表示。（b） 在 （a） 中紅色 （E = −78 meV） 和藍(lán)色箭頭 （E = −400 meV） 表示的能量下評估的 θ = 1.92° 的 NPG 局部 DOS。頂部面板中的比例尺為 1 nm，NPG 幾何圖形疊加在兩個(gè)面板的右下角。
相關(guān)研究成果由多諾斯蒂亞國際物理中心
Xabier Diaz de Cerio和Xabier Diaz de Cerio課題組2025年發(fā)表在
Nano Letters (鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c04262)上。原文：
Twisting nanoporous graphene on graphene: electronic decoupling and chiral currents
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
