A twist for tunable electronic and thermal transport properties of nanodevices
Source abstract
Abstract
≤ 8.8° for different stacking configurations. We found a strong dependency of the electronic structure on the stacking type, as well as on the twisting regime, specifically in AA-stacking devices. Electron and hole van Hove singularities (vHSs), which originate, respectively, from the flatness of the top of the valence band for the minor-spin component and the bottom of the conduction band for the major-spin component, are found very close to the Fermi level in the density of states and electronic transmission spectra of AA-stacking devices with a twist angle of 1.1°. We establish that these vHSs in AA-1.1° devices are stable at higher temperatures and, with the increased number of available states, lead to larger values of electron thermal conductivity and finally total thermal conductivity in AA-1.1°. Our work highlights the essential role of twisting and stacking for the fabrication of nanoscale charge and heat switches and spurs future studies of twisted layered structures.
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Research context
OpenAlex topics: Graphene research and applications · Quantum and electron transport phenomena · Molecular Junctions and Nanostructures
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Mathematics Department, University of California, Santa Barbara, CA 93106, USA
CIC nanoGUNE, Tolosa Hiribidea 76, 20018 Donostia-San Sebastián, Spain
Ikerbasque, Basque Foundation for Science, 48013 Bilbao, Spain
BCAM, Basque Center for Applied Mathematics, E48009 Bilbao, Basque Country, Spain
Funding
Air Force Office of Scientific Research
References (71)
Show source-provided references
1. Cao · Nature · 2018 · 556 · 4310.1038/nature26160 ↗
2. Dai · Nat. Mater. · 2023 · 22 · 110.1038/s41563-023-01586-1 ↗
3. Li · Phys. Rev. B · 2023 · 107 · 24541710.1103/PhysRevB.107.245417 ↗
4. Nikitin · Nat. Nanotechnol. · 2021 · 16 · 48910.1038/s41565-021-00890-8 ↗
5. Po · Phys. Rev. X · 2018 · 8 · 031089
6. Yankowitz · Science · 2019 · 363 · 105910.1126/science.aav1910 ↗
7. Chi · APL Mater. · 2022 · 10 · 09090310.1063/5.0100989 ↗
8. Carr · Phys. Rev. Res. · 2020 · 2 · 03316210.1103/PhysRevResearch.2.033162 ↗
9. Andrei · Nat. Mater. · 2020 · 19 · 126510.1038/s41563-020-00840-0 ↗
10. Du · Nat. Rev. Phys. · 2021 · 3 · 19310.1038/s42254-020-00276-0 ↗
11. Enaldiev · Nano Lett. · 2022 · 22 · 153410.1021/acs.nanolett.1c04210 ↗
12. Zhu · Science · 2018 · 359 · 57910.1126/science.aar2711 ↗
13. Lado · Science · 2021 · 374 · 104810.1126/science.abm0091 ↗
14. Gani · Phys. Rev. B · 2020 · 101 · 19541610.1103/PhysRevB.101.195416 ↗
15. Suri · Nano Lett. · 2021 · 21 · 1002610.1021/acs.nanolett.1c03692 ↗
16. Brandimarte · J. Chem. Phys. · 2017 · 146 · 09231810.1063/1.4974895 ↗
17. Sanz · Phys. Rev. B · 2020 · 102 · 03543610.1103/PhysRevB.102.035436 ↗
18. Sanz · Phys. Rev. Lett. · 2022 · 129 · 03770110.1103/PhysRevLett.129.037701 ↗
19. Dias · J. Phys. Chem. A · 2013 · 117 · 471610.1021/jp403380t ↗
20. Nagai · Chem. Phys. Lett. · 2010 · 489 · 21210.1016/j.cplett.2010.03.013 ↗
21. Birowska · Acta Phys. Pol., A · 2011 · 120 · 84510.12693/APhysPolA.120.845 ↗
22. Liu · Phys. Rev. Lett. · 2009 · 102 · 01550110.1103/PhysRevLett.102.015501 ↗
23. Wang · Nat. Commun. · 2023 · 14 · 101810.1038/s41467-023-36613-x ↗
24. Pathak · Phys. Rev. B · 2022 · 105 · 11514110.1103/PhysRevB.105.115141 ↗
25. Lisi · Nat. Phys. · 2021 · 17 · 18910.1038/s41567-020-01041-x ↗
26. Simdyankin · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2004 · 69 · 14420210.1103/PhysRevB.69.144202 ↗
27. Wang · Nat. Commun. · 2022 · 13 · 765310.1038/s41467-022-35398-9 ↗
28. Muñoz · Phys. Rev. B · 2016 · 94 · 20520210.1103/PhysRevB.94.205202 ↗
29. Koren · Nat. Nanotechnol. · 2016 · 11 · 75210.1038/nnano.2016.85 ↗
30. Zhang · Sci. Adv. · 2020 · 6 · eabc555510.1126/sciadv.abc5555 ↗
31. Frederiksen · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2007 · 75 · 20541310.1103/PhysRevB.75.205413 ↗
32. Hod · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2012 · 86 · 07544410.1103/PhysRevB.86.075444 ↗
33. Acosta · Phys. Rev. Lett. · 2019 · 122 · 03640110.1103/PhysRevLett.122.036401 ↗
34. Blackwell · Nature · 2021 · 600 · 64710.1038/s41586-021-04201-y ↗
35. Pizzochero · Nano Lett. · 2022 · 22 · 192210.1021/acs.nanolett.1c04362 ↗
36. Kumanek · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2022 · 14 · 2586110.1021/acsami.2c00970 ↗
37. Cutler · Phys. Rev. · 1969 · 181 · 133610.1103/PhysRev.181.1336 ↗
38. Mahapatra · Phys. Rev. Lett. · 2020 · 125 · 22680210.1103/PhysRevLett.125.226802 ↗
39. Wu · Appl. Phys. Lett. · 2021 · 119 · 06350310.1063/5.0056393 ↗
40. Duan · Small · 2022 · 18 · 220419710.1002/smll.202204197 ↗
41. Li · Nat. Commun. · 2022 · 13 · 490110.1038/s41467-022-32600-w ↗
42. Balandin · Nat. Mater. · 2011 · 10 · 56910.1038/nmat3064 ↗
43. Li · ACS Cent. Sci. · 2016 · 2 · 51710.1021/acscentsci.6b00152 ↗
44. Xu · Nat. Phys. · 2021 · 17 · 61910.1038/s41567-021-01172-9 ↗
45. Hu · Nat. Commun. · 2022 · 13 · 222010.1038/s41467-022-29828-x ↗
46. Li · Nat. Phys. · 2010 · 6 · 10910.1038/nphys1463 ↗
47. Mishra · ACS Nano · 2018 · 12 · 1191710.1021/acsnano.8b07225 ↗
48. Wang · Nat. Rev. Phys. · 2021 · 3 · 79110.1038/s42254-021-00370-x ↗
49. Ghawri · Nat. Commun. · 2022 · 13 · 152210.1038/s41467-022-29198-4 ↗
50. Hesp · Nat. Commun. · 2021 · 12 · 164010.1038/s41467-021-21862-5 ↗
51. Yao · Sci. Adv. · 2021 · 7 · eabe869110.1126/sciadv.abe8691 ↗
52. He · Adv. Mater. Technol. · 2019 · 4 · 190006410.1002/admt.201900064 ↗
53. Leis · Rev. Sci. Instrum. · 2022 · 93 · 01370210.1063/5.0073059 ↗
54. Dion · Phys. Rev. Lett. · 2004 · 92 · 24640110.1103/PhysRevLett.92.246401 ↗
55. Soler · J. Phys.: Condens. Matter · 2002 · 14 · 2745
56. Perdew · Phys. Rev. Lett. · 1996 · 77 · 386510.1103/PhysRevLett.77.3865 ↗
57. Synopsys QuantumATK Version 2022.03-SP1, accessed 11-07-2023, https://www.synopsys.com/silicon/quantumatk.html
58. Stokbro · J. Phys.: Condens. Matter · 2020 · 32 · 015901
59. Stokbro · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2010 · 82 · 07542010.1103/PhysRevB.82.075420 ↗
60. Grimme · J. Comput. Chem. · 2006 · 27 · 178710.1002/jcc.20495 ↗
61. Troullier · Solid State Commun. · 1990 · 74 · 61310.1016/0038-1098(90)90686-6 ↗
62. Papior · Comput. Phys. Commun. · 2017 · 212 · 810.1016/j.cpc.2016.09.022 ↗
63. Brandbyge · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2002 · 65 · 16540110.1103/PhysRevB.65.165401 ↗
64. Ostovan · J. Mol. Liq. · 2018 · 269 · 63910.1016/j.molliq.2018.08.085 ↗
65. Ostovan · Phys. Rev. B · 2021 · 104 · 23543510.1103/PhysRevB.104.235435 ↗
66. Jiang · J. Appl. Phys. · 2011 · 109 · 01432610.1063/1.3531573 ↗
67. Mao · J. Chem. Phys. · 2017 · 147 · 24430510.1063/1.5000534 ↗
68. S.Datta , Electronic Transport in Mesoscopic Systems , Cambridge University Press , 1997
69. N. W.Ashcroft and N. D.Mermin , Solid State Physics , Saunders College Publishing , New York , 1976
70. Ionescu · Nature · 2011 · 479 · 32910.1038/nature10679 ↗
71. Gai · Phys. Rev. B · 2022 · 105 · 22451410.1103/PhysRevB.105.224514 ↗