We demonstrate twist-controlled resonant tunneling in a monolayer graphene (MLG)/hexagonal boron nitride (h-BN)/ABA-stacked trilayer graphene (TLG) van der Waals (vdW) junction, in which MLG and TLG flakes are aligned with a small twist angle θ of ∼1.05° between their crystallographic orientations through a thin h-BN barrier. Owing to the small interlayer twist, resonant tunneling attributed to the conservation of momentum and energy was observed between the single linear band of MLG and multiple subbands of TLG. We show that different subbands of TLG—bilayer-graphene-like subbands and a MLG-like subband—exhibit distinctly different resonant tunneling behaviors. Therefore, we demonstrate subband-resolved resonant tunneling. This technique provides a method to determine band parameters (Slonczewski–Weiss–McClure parameters) and probes the band dispersion of different two-dimensional materials by utilizing a MLG electrode.

1.
K. S.
Novoselov
,
A.
Mishchenko
,
A.
Carvalho
, and
A. H. C.
Neto
,
Science
353
,
aac9439
(
2016
).
2.
A. K.
Geim
and
I. V.
Grigorieva
,
Nature
499
,
419
(
2013
).
3.
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
).
4.
L.
Britnell
,
R. M.
Ribeiro
,
A.
Eckmann
,
R.
Jalil
,
B. D.
Belle
,
A.
Mishchenko
,
Y.-J.
Kim
,
R. V.
Gorbachev
,
T.
Georgiou
,
S. V.
Morozov
,
A. N.
Grigorenko
,
A. K.
Geim
,
C.
Casiraghi
,
A. H. C.
Neto
, and
K. S.
Novoselov
,
Science
340
,
1311
(
2013
).
5.
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
).
6.
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
).
7.
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
).
8.
G. W.
Burg
,
N.
Prasad
,
B.
Fallahazad
,
A.
Valsaraj
,
K.
Kim
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
Q.
Wang
,
M. J.
Kim
,
L. F.
Register
, and
E.
Tutuc
,
Nano Lett.
17
,
3919
(
2017
).
9.
S.
Kang
,
N.
Prasad
,
H. C. P.
Movva
,
A.
Rai
,
K.
Kim
,
X.
Mou
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
L. F.
Register
,
E.
Tutuc
, and
S. K.
Banerjee
,
Nano Lett.
16
,
4975
(
2016
).
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.
D. A.
Ghazaryan
,
A.
Misra
,
E. E.
Vdovin
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
S. V.
Morozov
,
A.
Mishchenko
, and
K. S.
Novoselov
,
Appl. Phys. Lett.
118
,
183106
(
2021
).
12.
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
).
13.
T.
Taychatanapat
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
, and
P.
Jarillo-Herrero
,
Nat. Phys.
7
,
621
(
2011
).
14.
L. C.
Campos
,
T.
Taychatanapat
,
M.
Serbyn
,
K.
Surakitbovorn
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
D. A.
Abanin
, and
P.
Jarillo-Herrero
,
Phys. Rev. Lett.
117
,
066601
(
2016
).
15.
P.
Stepanov
,
Y.
Barlas
,
T.
Espiritu
,
S.
Che
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
D.
Smirnov
, and
C. N.
Lau
,
Phys. Rev. Lett.
117
,
076807
(
2016
).
16.
Y.
Asakawa
,
S.
Masubuchi
,
N.
Inoue
,
S.
Morikawa
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
, and
T.
Machida
,
Phys. Rev. Lett.
119
,
186802
(
2017
).
17.
A. A.
Zibrov
,
P.
Rao
,
C.
Kometter
,
E. M.
Spanton
,
J. I. A.
Li
,
C. R.
Dean
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
M.
Serbyn
, and
A. F.
Young
,
Phys. Rev. Lett.
121
,
167601
(
2018
).
18.
S.
Masubuchi
,
M.
Morimoto
,
S.
Morikawa
,
M.
Onodera
,
Y.
Asakawa
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
, and
T.
Machida
,
Nat. Commun.
9
,
1413
(
2018
).
19.
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
).
20.
L. A.
Ponomarenko
,
B. D.
Belle
,
R.
Jalil
,
L.
Britnell
,
R. V.
Gorbachev
,
A. K.
Geim
,
K. S.
Novoselov
,
A. H. C.
Neto
,
L.
Eaves
, and
M. I.
Katsnelson
,
J. Appl. Phys.
113
,
136502
(
2013
).
21.
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
).
22.
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
).
23.
U.
Chandni
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
, and
J. P.
Eisenstein
,
Nano Lett.
15
,
7329
(
2015
).
24.
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
).
25.
I.
Keren
,
T.
Dvir
,
A.
Zalic
,
A.
Iluz
,
D.
LeBoeuf
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
, and
H.
Steinberg
,
Nat. Commun.
11
,
3408
(
2020
).
26.
C. H.
Lui
,
Z.
Li
,
K. F.
Mak
,
E.
Cappelluti
, and
T. F.
Heinz
,
Nat. Phys.
7
,
944
(
2011
).
27.
C.
Bao
,
W.
Yao
,
E.
Wang
,
C.
Chen
,
J.
Avila
,
M. C.
Asensio
, and
S.
Zhou
,
Nano Lett.
17
,
1564
(
2017
).
28.
C.
Coletti
,
S.
Forti
,
A.
Principi
,
K. V.
Emtsev
,
A. A.
Zakharov
,
K. M.
Daniels
,
B. K.
Daas
,
M. V. S.
Chandrashekhar
,
T.
Ouisse
,
D.
Chaussende
,
A. H.
MacDonald
,
M.
Polini
, and
U.
Starke
,
Phys. Rev. B
88
,
155439
(
2013
).
29.
T.
Ohta
,
A.
Bostwick
,
J. L.
McChesney
,
T.
Seyller
,
K.
Horn
, and
E.
Rotenberg
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
206802
(
2007
).
30.
M.
Koshino
and
E.
McCann
,
Phys. Rev. B
79
,
125443
(
2009
).
31.
M. G.
Menezes
,
R. B.
Capaz
, and
S. G.
Louie
,
Phys. Rev. B
89
,
035431
(
2014
).
32.
J.
Jang
,
H. M.
Yoo
,
L. N.
Pfeiffer
,
K. W.
West
,
K. W.
Baldwin
, and
R. C.
Ashoori
,
Science
358
,
901
(
2017
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.