IF=37.2！二维材料，再登Nature Materials！

顶刊收割机 · 公众号 · · 2024-09-14 08:30

正文

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研究背景

随着二维材料科学的迅猛发展，魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）由于其在强相关相和拓扑相等方面的潜力，成为了研究热点。然而，尽管对MATBG的研究已揭示了其在电子性质上的丰富特征，但在如何真实地观察到二阶超晶格（SOSL）的结构及其对电子行为的影响方面仍面临挑战。具体而言，虽然已经在磁电输运实验中识别出SOSL的特征，但缺乏实空间的可视化，使得对这些结构的理解仍不完全。

成果简介

为了解决这一问题， 西班牙巴塞罗那科学技术学院Petr Stepanov & Frank H. L. Koppens教授等 携手在Nature Materials期刊上发表了题为“Cryogenic nano-imaging of second-order moiré superlattices”的最新论文。科学家们采用了低温纳米尺度光电压测量技术，对与氮化硼（hBN）紧密对齐的MATBG进行了深入研究。

通过这种方法，研究人员成功地揭示了二阶超晶格在实空间的表现，显示了长程周期性光电压调制的迹象。这一成果不仅揭示了二阶超晶格对应变和扭转角度变化的高度敏感性，还为了解在扭曲双层石墨烯中破坏空间对称性的机制提供了新的视角。研究表明，即使微小的应变和角度变化也能显著影响超晶格结构，从而推动了对这些新型材料中量子相和拓扑性质的进一步探索。

研究亮点

1. 实验首次在魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）中，与氮化硼（hBN）紧密对齐的二阶超晶格（SOSL）通过光电压纳米显微测量得到可视化。 通过低温近场光电测量技术，作者成功观察到了这种SOSL的长程周期性特征。

2. 实验通过在10K的低温条件下，使用红外光激发MATBG样品，并通过金属涂层的AFM探针进行局部光电激发，发现了两组相互旋转的条纹。 这些条纹被解释为源自SOSL的局部势变化。

3. 作者的研究表明，即使是微小的应变和扭转角度变化（小至0.01°）也能显著改变二阶超晶格结构。 此外，通过对比理论模型和实验数据，作者揭示了SOSL对局部应变和扭转角度变化的高度敏感性。这些观察结果对理解MATBG中平带物理和空间对称性破缺提供了新的视角。

图文解读

图1：温度T=10K时，双层魔角石墨烯magic-angle twisted bilayer graphene ，MATBG/六方氮化硼hBN 二阶超晶格second-order superlattice，SOSL的纳米级光电压测量。

图2. 实验观察到了光电压特征和反转对称性破缺的栅极和温度响应。

图3. 电子传输测量。

图4: 二阶超晶格性质的计算。

图5: 转角和应变大小函数的二阶超晶格SOSL实空间图。

结论展望

本文的研究揭示了二阶超晶格（SOSL）在魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）与氮化硼（hBN）对齐的异质结构中的存在，并通过低温纳米尺度光电压测量提供了实空间的直接观测。这一发现对于理解石墨烯基莫尔异质结构中的量子相行为具有重要意义。 SOSL的形成源于两种一阶莫尔超晶格的几何干涉，其周期性变化对局部应变和扭转角度变化非常敏感，这为研究超晶格应变对量子相的影响提供了新的视角。

IF=37.2！二维材料，再登Nature Materials！

正文

通过该研究，作者不仅展示了SOSL对结构特征的高灵敏性，还阐明了其对MATBG平带物理的影响。

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