定向六方氮化硼培养新型信息载体

今天的计算机利用电荷的存在或不存在（0和1）来编码信息，其中电荷的物理运动会消耗能量并引起发热。一种新颖的替代方法是利用电子的波量子数，通过这种方法可以在不进行载流子物理运动的情况下进行信息编码。本研究表明，通过控制不同二维材料的堆叠构型和不同二维材料的方向，操纵波量子数是可能的。

谷电学（Valleytronics）产生了谷电流，这是一种稳定的、无耗散的电流，它是由伪磁场贝里（Berry）曲率驱动的。这又使基于谷电学的信息处理和存储技术得以实现。Berry曲率出现的前提条件是反演对称性或时间反转对称性。因此，二维材料如门控双层石墨烯等二维材料因其表现出反转对称性而被广泛的用于谷电学研究。

在大多数与石墨烯和其他二维材料相关的研究中，这些材料被封装在六方氮化硼（hBN）层中，这是一种宽带隙材料，其晶格参数与石墨烯相当。用hBN层封装可以保护石墨烯和其他二维材料不被杂散分子吸附，同时保持其特性不变，hBN还可以作为光滑的二维基底，不像SiO2那样，它具有高度的非均匀性，增加了石墨烯中载流子的迁移率。然而，大多数关于hBN封装的双层石墨烯的谷电学研究，都没有考虑到hBN层对打破双层石墨烯的层对称性和诱导Berry曲率的影响。

日本高等科学技术研究院（JAIST）博士后Afsal Kareekunnan、高级讲师Manoharan Muruganathan和Hiroshi Mizuta教授认为，必须考虑到hBN作为衬底和封装层对双层石墨烯的谷电性能的影响。通过使用^原理计算，他们发现，对于hBN/双层石墨烯相称的异质结构，hBN层的构型和方向对极性以及贝里曲率的大小有巨大的影响。

对于非封装的hBN/双层石墨烯异质结构，其中hBN仅存在于底部，由于双层石墨烯两层的电位差异，层对称性被打破。这种层的不对称性导致了非零贝里曲率。然而，用hBN封装的双层石墨烯（其中顶部和底部的hBN是相互不相位的）使hBN的效果无效，并驱动系统走向对称，减少了贝里曲率的大小。一个小的贝里曲率仍然存在，这是原始双层石墨烯的特点，在这里，自发的电荷转移从谷层到其中一个层的自发电荷导致层之间的轻微不对称，正如该小组之前报道的那样。

尽管如此，将双层石墨烯与上层和下层的hBN互为相位封装，增强了hBN的效果，导致层间的不对称性增加，并产生较大的贝里曲率。这是由于双层石墨烯的上下两层hBN所经历的不对称电势所致。该研究小组还发现，在上述所有情况下，应用平面外电场，贝里曲率的大小和极性都可以被调谐。

"我们认为，从理论和实验的角度来看，这样^地分析了使用hBN作为石墨烯基器件的衬底和封装层的效果，使我们对该系统有了深刻的认识，该系统具有成为理想的谷电材料的巨大潜力。"Mizuta教授说。