We prepare twist-controlled resonant tunneling transistors consisting of monolayer and Bernal bilayer graphene electrodes separated by a thin layer of hexagonal boron nitride. The resonant conditions are achieved by closely aligning the crystallographic orientation of graphene electrodes, which leads to momentum conservation for tunneling electrons at certain bias voltages. Under such conditions, negative differential conductance can be achieved. Application of in-plane magnetic field leads to electrons acquiring additional momentum during the tunneling process, which allows control over the resonant conditions.

1.
L.
Britnell
,
R. V.
Gorbachev
,
R.
Jalil
,
B. D.
Belle
,
F.
Schedin
,
A.
Mishchenko
,
T.
Georgiou
,
M. I.
Katsnelson
,
L.
Eaves
,
S. V.
Morozov
,
N. M. R.
Peres
,
J.
Leist
,
A. K.
Geim
,
K. S.
Novoselov
, and
L. A.
Ponomarenko
,
Science
335
,
947
(
2012
).
2.
L.
Britnell
,
R. V.
Gorbachev
,
R.
Jalil
,
B. D.
Belle
,
F.
Schedin
,
M. I.
Katsnelson
,
L.
Eaves
,
S. V.
Morozov
,
A. S.
Mayorov
,
N. M. R.
Peres
,
A. H.
Castro Neto
,
J.
Leist
,
A. K.
Geim
,
L. A.
Ponomarenko
, and
K. S.
Novoselov
,
Nano Lett.
12
,
1707
(
2012
).
3.
L.
Britnell
,
R. V.
Gorbachev
,
A. K.
Geim
,
L. A.
Ponomarenko
,
A.
Mishchenko
,
M. T.
Greenaway
,
T. M.
Fromhold
,
K. S.
Novoselov
, and
L.
Eaves
,
Nat. Commun.
4
,
1794
(
2013
).
4.
G. H.
Lee
,
Y. J.
Yu
,
C.
Lee
,
C.
Dean
,
K. L.
Shepard
,
P.
Kim
, and
J.
Hone
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
243114
(
2011
).
5.
Y.
Lv
,
W.
Qin
,
C.
Wang
,
L.
Liao
, and
X.
Liu
,
Adv. Electron. Mater.
5
,
1800569
(
2019
).
6.
T.
Roy
,
M.
Tosun
,
X.
Cao
,
H.
Fang
,
D. H.
Lien
,
P.
Zhao
,
Y. Z.
Chen
,
Y. L.
Chueh
,
J.
Guo
, and
A.
Javey
,
ACS Nano
9
,
2071
(
2015
).
7.
B.
Fallahazad
,
K.
Lee
,
S.
Kang
,
J.
Xue
,
S.
Larentis
,
C.
Corbet
,
K.
Kim
,
H. C. P.
Movva
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
L. F.
Register
,
S. K.
Banerjee
, and
E.
Tutuc
,
Nano Lett.
15
,
428
(
2015
).
8.
M.
Zhu
,
D.
Ghazaryan
,
S. K.
Son
,
C. R.
Woods
,
A.
Misra
,
L.
He
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
K. S.
Novoselov
,
Y.
Cao
, and
A.
Mishchenko
,
2D Mater.
4
,
025073
(
2017
).
9.
R.
Cheng
,
F.
Wang
,
L.
Yin
,
K.
Xu
,
T. A.
Shifa
,
Y.
Wen
,
X.
Zhan
,
J.
Li
,
C.
Jiang
,
Z.
Wang
, and
J.
He
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
173507
(
2017
).
10.
G. W.
Burg
,
N.
Prasad
,
K.
Kim
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
A. H.
Macdonald
,
L. F.
Register
, and
E.
Tutuc
,
Phys. Rev. Lett.
120
,
177702
(
2018
).
11.
S.
Jung
,
M.
Park
,
J.
Park
,
T. Y.
Jeong
,
H. J.
Kim
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
D. H.
Ha
,
C.
Hwang
, and
Y. S.
Kim
,
Sci. Rep.
5
,
16642
(
2015
).
12.
D.
Ghazaryan
,
M. T.
Greenaway
,
Z.
Wang
,
V. H.
Guarochico-Moreira
,
I. J.
Vera-Marun
,
J.
Yin
,
Y.
Liao
,
S. V.
Morozov
,
O.
Kristanovski
,
A. I.
Lichtenstein
,
M. I.
Katsnelson
,
F.
Withers
,
A.
Mishchenko
,
L.
Eaves
,
A. K.
Geim
,
K. S.
Novoselov
, and
A.
Misra
,
Nat. Electron.
1
,
344
(
2018
).
13.
D. R.
Klein
,
D.
MacNeill
,
J. L.
Lado
,
D.
Soriano
,
E.
Navarro-Moratalla
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
S.
Manni
,
P.
Canfield
,
J.
Fernández-Rossier
, and
P.
Jarillo-Herrero
,
Science
360
,
1218
(
2018
).
14.
X.
Jiang
,
X.
Shi
,
M.
Zhang
,
Y.
Wang
,
Z.
Gu
,
L.
Chen
,
H.
Zhu
,
K.
Zhang
,
Q.
Sun
, and
D. W.
Zhang
,
ACS Appl. Nano Mater.
2
,
5674
(
2019
).
15.
J.
Kang
,
D.
Jariwala
,
C. R.
Ryder
,
S. A.
Wells
,
Y.
Choi
,
E.
Hwang
,
J. H.
Cho
,
T. J.
Marks
, and
M. C.
Hersam
,
Nano Lett.
16
,
2580
(
2016
).
16.
Y.
Liu
,
N. O.
Weiss
,
X.
Duan
,
H. C.
Cheng
,
Y.
Huang
, and
X.
Duan
,
Nat. Rev. Mater.
1
,
16042
(
2016
).
17.
K. S.
Novoselov
,
A.
Mishchenko
,
A.
Carvalho
, and
A. H.
Castro Neto
,
Science
353
,
aac9439
(
2016
).
18.
C. R.
Dean
,
A. F.
Young
,
I.
Meric
,
C.
Lee
,
L.
Wang
,
S.
Sorgenfrei
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
P.
Kim
,
K. L.
Shepard
, and
J.
Hone
,
Nat. Nanotechnol.
5
,
722
(
2010
).
19.
U.
Chandni
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
, and
J. P.
Eisenstein
,
Nano Lett.
16
,
7982
(
2016
).
20.
E. E.
Vdovin
,
A.
Mishchenko
,
M. T.
Greenaway
,
M. J.
Zhu
,
D.
Ghazaryan
,
A.
Misra
,
Y.
Cao
,
S. V.
Morozov
,
O.
Makarovsky
,
T. M.
Fromhold
,
A.
Patanè
,
G. J.
Slotman
,
M. I.
Katsnelson
,
A. K.
Geim
,
K. S.
Novoselov
, and
L.
Eaves
,
Phys. Rev. Lett.
116
,
186603
(
2016
).
21.
U.
Chandni
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
, and
J. P.
Eisenstein
,
Nano Lett.
15
,
7329
(
2015
).
22.
M. T.
Greenaway
,
E. E.
Vdovin
,
D.
Ghazaryan
,
A.
Misra
,
A.
Mishchenko
,
Y.
Cao
,
Z.
Wang
,
J. R.
Wallbank
,
M.
Holwill
,
Y. N.
Khanin
,
S. V.
Morozov
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
O.
Makarovsky
,
T. M.
Fromhold
,
A.
Patanè
,
A. K.
Geim
,
V. I.
Fal'ko
,
K. S.
Novoselov
, and
L.
Eaves
,
Commun. Phys.
1
,
94
(
2018
).
23.
R. M.
Feenstra
,
D.
Jena
, and
G.
Gu
,
J. Appl. Phys.
111
,
043711
(
2012
).
24.
G.
Kim
,
S. S.
Kim
,
J.
Jeon
,
S. I.
Yoon
,
S.
Hong
,
Y. J.
Cho
,
A.
Misra
,
S.
Ozdemir
,
J.
Yin
,
D.
Ghazaryan
,
M.
Holwill
,
A.
Mishchenko
,
D. V.
Andreeva
,
Y. J.
Kim
,
H. Y.
Jeong
,
A. R.
Jang
,
H. J.
Chung
,
A. K.
Geim
,
K. S.
Novoselov
,
B. H.
Sohn
, and
H. S.
Shin
,
Nat. Commun.
10
,
230
(
2019
).
25.
T. L. M.
Lane
,
J. R.
Wallbank
, and
V. I.
Fal'Ko
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
203506
(
2015
).
26.
J. R.
Wallbank
,
D.
Ghazaryan
,
A.
Misra
,
Y.
Cao
,
J. S.
Tu
,
B. A.
Piot
,
M.
Potemski
,
S.
Pezzini
,
S.
Wiedmann
,
U.
Zeitler
,
T. L. M.
Lane
,
S. V.
Morozov
,
M. T.
Greenaway
,
L.
Eaves
,
A. K.
Geim
,
V. I.
Fal'ko
,
K. S.
Novoselov
, and
A.
Mishchenko
,
Science
353
,
575
(
2016
).
27.
M. T.
Greenaway
,
E. E.
Vdovin
,
A.
Mishchenko
,
O.
Makarovsky
,
A.
Patanè
,
J. R.
Wallbank
,
Y.
Cao
,
A. V.
Kretinin
,
M. J.
Zhu
,
S. V.
Morozov
,
V. I.
Fal'Ko
,
K. S.
Novoselov
,
A. K.
Geim
,
T. M.
Fromhold
, and
L.
Eaves
,
Nat. Phys.
11
,
1057
(
2015
).
28.
A.
Mishchenko
,
J. S.
Tu
,
Y.
Cao
,
R. V.
Gorbachev
,
J. R.
Wallbank
,
M. T.
Greenaway
,
V. E.
Morozov
,
S. V.
Morozov
,
M. J.
Zhu
,
S. L.
Wong
,
F.
Withers
,
C. R.
Woods
,
Y. J.
Kim
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
E. E.
Vdovin
,
O.
Makarovsky
,
T. M.
Fromhold
,
V. I.
Fal'ko
,
A. K.
Geim
,
L.
Eaves
, and
K. S.
Novoselov
,
Nat. Nanotechnol.
9
,
808
(
2014
).
29.
L.
Wang
,
I.
Meric
,
P. Y.
Huang
,
Q.
Gao
,
Y.
Gao
,
H.
Tran
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
L. M.
Campos
,
D. A.
Muller
,
J.
Guo
,
P.
Kim
,
J.
Hone
,
K. L.
Shepard
, and
C. R.
Dean
,
Science
342
,
614
(
2013
).
30.
A. V.
Kretinin
,
Y.
Cao
,
J. S.
Tu
,
G. L.
Yu
,
R.
Jalil
,
K. S.
Novoselov
,
S. J.
Haigh
,
A.
Gholinia
,
A.
Mishchenko
,
M.
Lozada
,
T.
Georgiou
,
C. R.
Woods
,
F.
Withers
,
P.
Blake
,
G.
Eda
,
A.
Wirsig
,
C.
Hucho
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
A. K.
Geim
, and
R. V.
Gorbachev
,
Nano Lett.
14
,
3270
(
2014
).
31.
E.
McCann
,
D. S. L.
Abergel
, and
V. I.
Fal'ko
,
Phys. J. Spec. Top.
148
,
91
103
(
2007
).
32.
E.
McCann
and
M.
Koshino
,
Rep. Prog. Phys.
76
,
056503
(
2013
).
33.
K. S.
Novoselov
,
A. K.
Geim
,
S. V.
Morozov
,
D.
Jiang
,
M. I.
Katsnelson
,
I. V.
Grigorieva
,
S. V.
Dubonos
, and
A. A.
Firsov
,
Nature
438
,
197
(
2005
).
34.
A. H.
Castro Neto
,
F.
Guinea
,
N. M. R.
Peres
,
K. S.
Novoselov
, and
A. K.
Geim
,
Rev. Mod. Phys.
81
,
109
(
2009
).
35.
L.
Pratley
and
U.
Zülicke
,
Phys. Rev. B
88
,
245412
(
2013
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.