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随着对二维范德华异质结构中共振隧穿的研究，其在能带结构探测、多值逻辑运算和振荡器等领域已得到广泛的应用。由于晶格对准决定着共振隧穿过程中的动量守恒条件，研究者通常不会在共振隧穿晶体管中采用大扭转角，避免扭转角引起的动量不匹配可能会破坏共振隧穿条件，从而影响负微分电阻和峰谷比（PVR）。然而，扭转角也可以提供控制层间耦合和能带对准的额外自由度。此外，一些二维材料的各向异性的能带结构，有望在动量空间中对共振隧穿和负微分电阻产生新颖的调制。因此，通过改变各向异性二维材料间的扭转角度以调整晶格取向来探索共振隧穿现象，有望为共振隧穿现象提供一个新的调控手段。

鉴于此，足球365比分_365体育投注-直播*官网理工大学郑守君研究员、蒋伟教授、王秩伟教授和熊嫣博士共同合作在ACS Nano在线发表“Anisotropic resonant tunneling in twist-stacked van der Waals heterostructure”的研究成果。研究者通过利用扭曲堆叠的1T’二硒化铼设计了一种二硒化铼/六方氮化硼/二硒化铼（ReSe2/h-BN/ReSe2）扭曲堆叠共振隧穿晶体管，表现出ReSe2间扭转角度可调的PVR，并在扭转角度为102°时达到最大。这种对两个ReSe2层之间的扭转角度的强烈依赖性归因于扭转角在隧穿过程中对ReSe2层中两个各向异性带的联合态密度的调节，显著抑制了谷电流，从而增强了PVR，这也得到了理论计算的支持。此外，该器件对温度和520nm光照的敏感性，表明可以通过温度和光照进一步调控PVR，并将其集成到光电应用中。这一发现不仅为通过堆叠工程设计共振隧穿器件提供了一种新方法，还为共振隧穿器件与光电应用的结合提供了可能。

图1

图1展示的基于1T’-ReSe2的各向异性共振隧穿效应。图a展示了1T’-ReSe2的原子结构俯视图，展示了各向异性的晶格方向。图b展示了计算得到的第一导带（CB-1，左）和第二导带（CB-2，右）的能带图，显示了强烈的面内各向异性。图c 展示了单层ReSe2的能带结构，显示导带最小值位于Γ点。图d 展示了ReSe2/h-BN/ReSe2 共振隧穿晶体管在40°（左上）和108°（右上）扭转角度下的能带对准示意图。108° 共振隧穿晶体管中的联合态密度（右下角红点）低于40°的（左下角红阴影）。

图2

图2展示了102°扭曲堆叠共振隧穿晶体管中的负微分电阻。图a展示了ReSe2/h-BN/ReSe2 共振隧穿晶体管的示意图，其中偏置电压施加在底层ReSe2上，共振隧穿效应发生在重叠区域（红色区域所示）。图b展示了102° 共振隧穿晶体管的光学图像，橙色和绿色五角星表示拉曼测试的位置。两层ReSe2通过几层h-BN（蓝色虚线）分隔。图c展示了在拉曼位移127 cm-1处，顶部（橙色圆圈）和底部（绿色圆圈）ReSe2层的偏振依赖性拉曼强度。拟合线（橙色和绿色线）显示两层ReSe2之间的扭转角度为102°。图d展示了共振隧穿晶体管的TEM横截面图，显示两层ReSe2的相对晶格方向。图e展示了在不同栅电压下的隧穿电流与偏置电压的关系，清楚地展示了栅电压依赖的负微分电阻。图f展示了共振隧穿晶体管的电导图，显示了负微分电阻峰值随栅电压的变化趋势。图g展示了PVR和负微分电阻峰值位置随栅电压的变化总结。图h展示了栅电压Vg=40 V时不同温度下的隧穿电流与偏置电压的关系，显示出负微分电阻对温度敏感。图i展示了102°TS-RTT与基于单层MoS2的未扭曲共振隧穿晶体管之间的温度依赖PVR比较，未扭曲共振隧穿晶体管对温度几乎不具有依赖性。图j展示了在不同激光功率的520 nm光照射下的隧穿电流与偏置电压的关系，显示出负微分电阻对光照敏感。

图3

图3展示了扭曲堆叠共振隧穿晶体管中的双重负微分电阻峰。图a-c展示了87° TS-RTT中双重负微分电阻峰对栅电压和温度的响应。图d-e展示了37° 扭曲堆叠共振隧穿晶体管中双重负微分电阻峰和双重PVR对栅电压的响应。图f展示了能带对准的示意图，解释了双重负微分电阻峰的来源。

图4

图4展示了不同扭转角度下的负微分电阻总结。图a-d展示了扭转角度为1.8°、31°、45°和158°时扭曲堆叠共振隧穿晶体管的隧穿电流与偏置电压的关系。图e展示了PVR随扭转角度变化的总结，显示在具有大扭转角度的扭曲堆叠共振隧穿晶体管中，PVR得到了增强（绿色虚线为参考线）。图f展示了计算的108°扭转角度扭曲堆叠共振隧穿晶体管的隧穿概率随能量偏移的变化。图g展示了理论计算的PVR随扭转角度变化，与（e）中的实验结果一致。

图5

图5展示了基于扭曲堆叠共振隧穿晶体管的三值逻辑逆变器和可调自供电光电探测器的应用。图a展示了由158°扭曲堆叠共振隧穿晶体管和ReSe2 场效应晶体管组成的三值逆变器示意图。图b展示了逆变器输入电压与输出电压的关系，展示了三值的识别。图c展示了逆变器增益与输入电压的关系。图d展示了1.8°扭曲堆叠共振隧穿晶体管的功率依赖光电流与偏置电压的关系。图e展示了栅电压依赖的光伏电流，展示了自供电光电探测器的可调性。图f展示了在±40 V栅电压下的光伏电流耐久性测量。

总之，我们提出了在ReSe2/h-BN/ReSe2 扭曲堆叠共振隧穿晶体管中的各向异性共振隧穿效应。由于ReSe2的能带各向异性，我们的器件通过调节扭转角度展示了明显的负微分电阻峰值和改善的PVR。归因于在特定的102°扭曲角度下，独特的能带对准和联合态密度的减少抑制了隧穿过程中的谷电流，这一结果得到了我们理论计算的验证。此外，我们还展示了我们的扭曲堆叠共振隧穿晶体管在具有三种逻辑状态的逆变器和可调自供电光电探测器中的应用。我们的研究不仅引入了一种通过扭转角度和动量匹配来改善共振隧穿晶体管性能的扭曲堆叠技术，还展示了其在可编程光电子学和类脑设备中的潜在应用。

文献链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.4c13215