二次元界面における原子スケールの電気的接触品質のモデリング

Modeling Atomic-Scale Electrical Contact Quality Across Two-Dimensional Interfaces.

• Aisheng Song
• Ruoyu Shi
• Hongliang Lu
• Lei Gao
• Qunyang Li
• Hui Guo
• Yanmin Liu
• Jie Zhang
• Yuan Ma
• Xin Tang
• Shixuan Du
• Xin Li
• Xiao Liu
• Yuan-Zhong Hu
• Hong-Jun Gao
• Jianbin Luo
• Tian-Bao Ma

抄録

物理的に隔離された弱い相互作用を持つ接触界面は、通常、電気伝導の障壁として機能します。界面の電気的接触コンダクタンスは、長い間、真の接触面積または「接触量」と相関関係がありました。界面の電気的接触の質に関する物理的な理解の多くは、主にランドゥアーの理論またはリチャードソンの定式化に基づいていました。しかし、接触コンダクタンスと界面の原子構造を直接結びつける定量的なモデルは未だに存在しません。ここでは、グラフェン/Ru(0001)超構造における局所的な電子表面状態ではなく、原子レベルでの局所的な電気的接触コンダクタンスを、原子レベルでの分解導電性原子間力顕微鏡を用いて測定しています。個々の原子-原子間の接触の「質」を原子間電子輸送経路に沿ったキャリアのトンネリング確率と定義することで、原子スケールの接触の質と局所的な界面の原子構造との関係を確立した。この実空間モデルは、接触コンダクタンスの原子レベルの空間変調と、配向不良グラフェン層間の層間コンダクタンスのねじれ角依存性を解明する。

Contacting interfaces with physical isolation and weak interactions usually act as barriers for electrical conduction. The electrical contact conductance across interfaces has long been correlated with the true contact area or the "contact quantity". Much of the physical understanding of the interfacial electrical contact quality was primarily based on Landauer's theory or Richardson formulation. However, a quantitative model directly connecting contact conductance to interfacial atomistic structures still remains absent. Here, we measure the atomic-scale local electrical contact conductance instead of local electronic surface states in graphene/Ru(0001) superstructure, via atomically resolved conductive atomic force microscopy. By defining the "quality" of individual atom-atom contact as the carrier tunneling probability along the interatomic electron transport pathways, we establish a relationship between the atomic-scale contact quality and local interfacial atomistic structure. This real-space model unravels the atomic-level spatial modulation of contact conductance, and the twist angle-dependent interlayer conductance between misoriented graphene layers.