在作爲石墨烯母晶的石墨相關物質中，此前一直很難清楚地觀測到逐層屏蔽電場的情況。闡明這種屏蔽狀況對設計和分析原子層級器件在工作中的電子狀態至關重要。廣島大學研究生院先進理工系科學研究科的八木隆多副教授和日本物質材料研究機構（NIMS）的成員組成的研究團隊，將雙層石墨烯人工層疊後製作扭曲雙層-雙層石墨烯，首次從傳輸現象的角度從微觀上闡明瞭這個問題。
(1) 接地狀態下的扭曲石墨烯中電場被屏蔽的狀態示意圖。（供圖：廣島大學）
(2) 扭曲石墨烯的製造方法。（供圖：廣島大學）
(3) 扭曲的石墨烯的構造和製造方法以及磁量子振動的分析結果。上層和下層的雙層石墨烯的載流子密度對總載流子密度(ntot)具有依賴性。S爲磁量子振動的傅立葉譜的大小。（供圖：廣島大學）
八木副教授表示：「石墨烯在不同的層中具有完全不同的電子結構。爲明確這一點，一直在進行研究，但由於某些終極因數，理論計算與實驗結果總是不一致。我估計這種差異是電場的遮蔽效應造成的。」扭曲石墨烯是利用原子層轉印技術把用膠帶解理石墨形成的雙層石墨烯一分爲二，並將兩個雙層石墨烯的晶體角錯開約5度人工堆疊在一起，然後夾在原子平坦的六方氮化硼薄膜中間製造的。
研究團隊測量了這種扭曲雙層-雙層石墨烯元件中電阻對磁場的依賴性。詳細調查了低溫下隨着磁場變化而出現的磁量子振動發現，上層和下層的雙層石墨烯的電子密度不同，由此明確了原子層厚度下的電場屏蔽情況。
研究團隊將這個結果與此前研究的同爲4層但天然存在的晶體結構（AB型堆疊）的結果進行了比較，發現扭曲雙層-雙層石墨烯的屏蔽長度可能更長。這種差異可能源於沿層方向延伸的量子力學波函數在扭曲雙層-雙層石墨烯中僅存在於單獨的雙層石墨烯中，而在AB型堆疊石墨烯中則擴展到四層的差異。相關成果已經發布在JPSJ的12月號上。
八木副教授表示：「使用電子的自旋電子學是一個很大的領域，但我們認爲也許可以利用電子結構中出現的谷結構來製造具有新工作原理的替代元件。期待將來能用來開發不含有害物質的電子產品和輕便靈活的家電產品等。此外，還有望用於通訊設備、光伏電池以及神經和電子設備的介面等。」
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
