1.【科學背景】
范德華雙層結(jié)構(gòu)設計中莫爾超晶格（MSL）的大扭出現(xiàn)，為設計具有獨特性能的轉(zhuǎn)角二維電子材料提供了平臺。目前為止，雙分大多數(shù)研究中的層材超晶格都是具有小扭轉(zhuǎn)角的雙層結(jié)構(gòu)。小角度下，料牛莫爾波長很長，大扭并且圖案與原子晶格相稱或近似相稱，轉(zhuǎn)角從而可以產(chǎn)生周期性調(diào)制的雙分電子超晶格。而在大扭轉(zhuǎn)角下，層材莫爾圖案一般與原子晶格不相稱，料牛難以產(chǎn)生電子超晶格。大扭因此，轉(zhuǎn)角很難對大扭轉(zhuǎn)角雙分子層的雙分莫爾物理開展研究。
2.【科學貢獻】
基于以上科學背景，層材美國德克薩斯大學奧斯汀分校Chih-Kang Shih教授（通訊作者）等人利用二硒化鎢（WSe2）雙分子層，料牛在扭轉(zhuǎn)角θt= 30°時產(chǎn)生了不相稱的十二邊形準晶；在θt= 21.8°和38.2°時產(chǎn)生了相稱的莫爾晶體，為大扭轉(zhuǎn)角雙分子層的設計提供了新思路。
圖1.WSe2相稱莫爾晶體與非相稱莫爾準晶。? 2024 Springer Nature
圖2. Umklapp散射和微能隙的形成。? 2024 Springer Nature
掃描隧道顯微鏡（STS）圖像顯示了預期的莫爾準晶體和晶體。扭轉(zhuǎn)角30°時對應的快速傅里葉變換（FTT）模式顯示了一組密集的衍射點，具有旋轉(zhuǎn)對稱性，但沒有平移對稱性，具備準晶體的特征。莫爾準晶的密集衍射點還可以通過兩層間的相互Umklapp散射來分析。單層的原始K谷是Umklapp分散的，形成了K谷的密集分布。這些K谷的電子耦合賦予了與莫爾準晶體相關的豐富電子結(jié)構(gòu)。通過谷分辨的掃描隧道顯微鏡技術(shù)，可以解析準晶體 K 點和 Γ 點產(chǎn)生的頻譜特征。其中，微能隙的范霍夫奇點 （VHS）信號，可以用一個耦合 K 谷模型來解釋，模型具有三階的高 Umklapp 散射，表明存在很強的層間耦合。
圖3. 30°莫爾準晶體VHS的觀測。? 2024 Springer Nature
無論θt= 21.8°或38.2°，所有莫爾晶體都顯示非常相似的光譜特征。對于莫爾晶體的電子結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)STS顯示了與在莫爾準晶體中觀察到的相似結(jié)構(gòu)。在莫爾準晶體中可以觀察到兩個Γ谷，但不能觀察到K谷，而CCSTS顯示了晶體上層Γ谷以上的額外結(jié)構(gòu)，另外μ點的抗交叉和K點的相干耦合尤其值得關注。DFT計算進一步表明，這種大扭轉(zhuǎn)角雙分子層可以在更小的偏置電壓下產(chǎn)生更強的層間耦合。該項研究近日成功發(fā)表于國際頂級期刊Nature上。
圖4. 扭轉(zhuǎn)角21.8° 和38.2°相稱莫爾晶體的層間耦合。? 2024 Springer Nature
3.【創(chuàng)新點】
1.利用WSe2范德華雙分子層得到了大扭轉(zhuǎn)角的莫爾準晶與晶體。
2. 分析觀測了大扭轉(zhuǎn)角范德華雙分子層的電子結(jié)構(gòu)，為莫爾物理研究提供了新思路。
4.【科學啟迪】
本工作研究了大扭轉(zhuǎn)角下WSe2雙分子層，發(fā)現(xiàn)了其不同角度下不相稱準晶體和相稱晶體的不同行為，它們都具有很強的層間耦合。理論分析進一步表明，大扭轉(zhuǎn)角的雙層莫爾準晶可以推廣到具有更高旋轉(zhuǎn)對稱性的多層結(jié)構(gòu)中，并進一步降低能量。例如，可以通過連續(xù)兩次扭轉(zhuǎn)得到三層的莫爾準晶體。這突破了小扭轉(zhuǎn)角范德華雙分子層的研究限制，為莫爾物理提供了一個概念證明作為新的探索平臺。
原文詳情： Tuning commensurability in twisted van der Waals bilayers. https://www.nature.com/articles/s41586-023-06904-w.
