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《Science 》重大突破，石墨烯又有新發現！

2022-03-24 13:28:16 作者：材料學網來源：材料學網分享至：

引言

隨著大數據時代的到來，量子芯片、元宇宙、智慧工廠、腦機接口等新型技術的崛起極大的豐富了人們的生活。在這種時代背景下多功能材料的設計和研發成為重中之中。其中，摩爾超晶格結構具有很強的研究價值，它對半導體物理學的發展以及微觀結構理論的完善具有重要的推動作用。

摩爾超晶格結構是指通過范德華作用力，將二維材料進行垂直堆疊組裝，并對晶格不匹配的單層晶體進行耦合。由于耦合過程中常常會出現晶格失配的現象，從而導致摩爾斑圖的出現。因而稱為摩爾超晶格結構。這種結構可以提供一個研究電子物理的多功能平臺。外加一些實驗按鈕，如成分、扭轉角、門電場、電子能帶結構和電荷在這些合成量子材料中，密度可以（原位）獨立控制。因此，在二維莫爾超晶格中可以觀察到超導性、相關絕緣態、軌道磁性和相關Chern絕緣體。其中，以石墨烯/氮化硼異質結構為代表，通過改變本征石墨烯的能帶，產生自相似的超晶格子帶，進而會局部地打破石墨烯的晶格對稱性，導致超導體-絕緣體轉變的出現。先前有研究表明通過改變雙層石墨烯中兩層之間的魔角可以實現絕緣性和鐵磁性之間的轉變，并通過通過反霍爾效應行為得以證實。然而，到目前為止，該絕緣狀態的性質以及相關的性能調控機制尚不清晰，缺乏相應的理論基礎。

成果介紹

對此，來自美國麻省理工學院物理系的 Long Ju團隊通過傅里葉變換紅外光譜來對三層石墨烯/六方氮化硼摩爾超晶格結構進行觀測。在本研究中，信噪比得到了顯著改善。結果表明，當通過門腔打開帶隙時，莫爾微帶之間的過渡會持續變窄，表明單粒子帶寬減少。在價平帶的一半填充處，寬的吸收峰出現在約18毫伏電子伏處，表明一個分子受到直接光激發正在出現的莫特缺口。在另外兩種相關的絕緣狀態下觀察到類似的光電流譜在第一個導帶的四分之一和一半填充。該研究提供了三層石墨烯/六方氮化硼中電子關聯的哈伯德模型的關鍵參數。為摩爾超晶格結構的探索以及性能調控機制的理解具有重要的意義。相關成果以“Spectroscopy signatures of electron correlations in a trilayer graphene/hBN moiré superlattice”為題發表在science期刊上。