1.【科學背景】

范德華雙層結構設計中莫爾超晶格（MSL）的大扭出現，為設計具有獨特性能的轉角二維電子材料提供了平臺。目前為止，雙分大多數研究中的層材超晶格都是具有小扭轉角的雙層結構。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，轉角從而可以產生周期性調制的雙分電子超晶格。而在大扭轉角下，層材莫爾圖案一般與原子晶格不相稱，料牛難以產生電子超晶格。大扭因此，轉角很難對大扭轉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，料牛在扭轉角θ_t= 30°時產生了不相稱的十二邊形準晶；在θ_t= 21.8°和38.2°時產生了相稱的莫爾晶體，為大扭轉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構。通過谷分辨的掃描隧道顯微鏡技術，可以解析準晶體 K 點和 Γ 點產生的頻譜特征。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θ_t= 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構，傳統STS顯示了與在莫爾準晶體中觀察到的相似結構。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谷以上的額外結構，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，這種大扭轉角雙分子層可以在更小的偏置電壓下產生更強的層間耦合。該項研究近日成功發表于國際頂級期刊Nature上。

圖4. 扭轉角21.8° 和38.2°相稱莫爾晶體的層間耦合。? 2024 Springer Nature

3.【創新點】

1.利用WSe₂范德華雙分子層得到了大扭轉角的莫爾準晶與晶體。

2. 分析觀測了大扭轉角范德華雙分子層的電子結構，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角下WSe₂雙分子層，發現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，大扭轉角的雙層莫爾準晶可以推廣到具有更高旋轉對稱性的多層結構中，并進一步降低能量。例如，可以通過連續兩次扭轉得到三層的莫爾準晶體。這突破了小扭轉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.