在作为石墨烯母晶的石墨相关物质中，此前一直很难清楚地观测到逐层屏蔽电场的情况。阐明这种屏蔽状况对设计和分析原子层级器件在工作中的电子状态至关重要。广岛大学研究生院先进理工系科学研究科的八木隆多副教授和日本物质材料研究机构（NIMS）的成员组成的研究团队，将双层石墨烯人工层叠后制作扭曲双层-双层石墨烯，首次从传输现象的角度从微观上阐明了这个问题。
(1) 接地状态下的扭曲石墨烯中电场被屏蔽的状态示意图。（供图：广岛大学）
(2) 扭曲石墨烯的制造方法。（供图：广岛大学）
(3) 扭曲的石墨烯的构造和制造方法以及磁量子振动的分析结果。上层和下层的双层石墨烯的载流子密度对总载流子密度(ntot)具有依赖性。S为磁量子振动的傅里叶谱的大小。（供图：广岛大学）
八木副教授表示：“石墨烯在不同的层中具有完全不同的电子结构。为明确这一点，一直在进行研究，但由于某些原因，理论计算与实验结果总是不一致。我估计这种差异是电场的屏蔽效应造成的。”扭曲石墨烯是利用原子层转印技术把用胶带解理石墨形成的双层石墨烯一分为二，并将两个双层石墨烯的晶体角错开约5度人工堆叠在一起，然后夹在原子平坦的六方氮化硼薄膜中间制造的。
研究团队测量了这种扭曲双层-双层石墨烯元件中电阻对磁场的依赖性。详细调查了低温下随着磁场变化而出现的磁量子振动发现，上层和下层的双层石墨烯的电子密度不同，由此明确了原子层厚度下的电场屏蔽情况。
研究团队将这个结果与此前研究的同为4层但天然存在的晶体结构（AB型堆叠）的结果进行了比较，发现扭曲双层-双层石墨烯的屏蔽长度可能更长。这种差异可能源于沿层方向延伸的量子力学波函数在扭曲双层-双层石墨烯中仅存在于单独的双层石墨烯中，而在AB型堆叠石墨烯中则扩展到四层的差异。相关成果已经发布在JPSJ的12月号上。
八木副教授表示：“使用电子的自旋电子学是一个很大的领域，但我们认为也许可以利用电子结构中出现的谷结构来制造具有新工作原理的替代元件。期待将来能用来开发不含有害物质的电子产品和轻便灵活的家电产品等。此外，还有望用于通信设备、光伏电池以及神经和电子设备的接口等。”
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
