要闻:武汉大学付磊Matter综述：二维莫尔超晶格——青取于蓝而胜于蓝

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物质科学

physical science

自2004年石墨烯提出以来，二维材料的种类增加，应用范围扩大。 探索更本质的物理特征，获得更新的性质和更好的性能是人们关注的热点。 由于周期的摩尔图案，摩尔超晶格引起结构和能带的变化，引起声子、摩尔激子、拓扑相变、非常规则的超导、莫氏绝缘等新现象。

最近，武汉大学付磊教授课题组向cell press细胞出版社期刊matter发表了综述，系统介绍了摩尔超晶格的起源和调制，以及二维材料中发现的一系列新特征，并提出了展望。

从摩尔超晶格的起源，介绍了少儿石墨烯、石墨烯/六方氮化硼( hbn )异质结构、过渡金属二硫代属化合物( tmd )、tmd异质结构等具有摩尔超晶格的材料的新特征，介绍了摩尔条纹的形成方法和扭曲立场，最后介绍了摩尔超

▲图1 .摩尔超晶格诱导动量空间失配，产生新的布里渊区域，影响其性质

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原子级的薄晶体组装后，层间的晶格失配和旋转会引起不同的摩尔超晶格。 摩尔超晶格中的反易空间直接影响动量空间，层间相互作用可以改变声子模式和电荷分布，调节其能带结构、自旋状态或拓扑相等。 在同质结构中，如果旋转到不同的立场，摩尔超晶格的周期性就会相应地发生变化，其电子结构和能带结构也会发生变化。 在异质结构中，不仅是扭曲的立场，层间的晶格失配度也会影响其结构和性质。

1 .新的性质

石墨烯及其异质结构。

石墨烯是研究新兴电子和光电特性的良好平台，调整层间的旋转立场带来了一点新的性质。 旋转立场比较小(

▲图2的双扭曲石墨烯的电子结构和非常规则的超导

tmd及其异质结构

关于tmd及其异质结，从声子模、带结构、层内及层间激子和拓扑行为等方面介绍了摩尔超晶格对tmd及其异质结特性的调制作用。 摩尔超晶格的引入会产生新的声子模式，即声子。 通过拉曼光谱和理论模拟，进一步研究声子与层间扭转角的关系，有助于深入探索许多异摩尔超晶格系统的声子模式。 而且，由于层间的相互作用，tmd的摩尔超晶格的能带结构也与单层tmd的情况不同。 例如，在双绞线mos2中，在不同的堆叠的立场上产生不同的带结构及带隙。 在tmd异质结中，在摩尔超晶格中不同区域层叠的情况下，也会产生与莫尔条纹相关的带隙分布，传导带底和价电子带顶的位置也有同样的周期性分布。 带结构的变化也给tmd及其异质结带来了新的光学性质，特别是摩尔激子的产生，这对量子发射阵列、能量谷器件有重要意义，对研究超高速层间动力学的深入理解也有启发性。 莫尔条纹超晶格诱导的带结构的一些变化引起了tmd及其异质结拓扑性质的变化，例如莫尔条纹相关的拓扑绝缘和通常的绝缘周期性分布，这是因为摩尔超晶格可设计且电调制切换的拓扑周期性结构

▲图3扭曲双层mos2和mos2/wse2异质结的能带结

其他

除了石墨烯、tmd、相关异质结以外，还有多个显示超导、磁性等独特物理性质的摩尔超晶格结构。 也可以根据基底秩序结构和二维材料的组成结构视为摩尔超晶格，基底和二维材料的相互作用也可以使二维材料表现出特殊的电子状态等现象。

2 .制造方法

一般来说，构建摩尔超晶格有物理方法和化学方法两种。 物理的做法是，将剥离的薄片移动到特定的基座上，使基座旋转到一定的立场上后，放置其他薄片。也可以使用原子力显微镜( afm )的针尖使上层旋转到不同的立场上。 化学方法主要取决于不同晶体和基板之间的取向差异，而且范德瓦尔斯异质结和阵列的合成也可以形成具有广泛可调整的摩尔超晶格的理想界面。

三.总结和展望

一般来说，摩尔超晶格为开发二维材料的新性质提供了新的思路，其优良的可控性和正确性对研究二维材料及其异质结的性质变化是不可或缺的。 但是，现在的摩尔超晶格的研究对象大多仅限于石墨烯、h-bn、tmd及相关异质结，在研究对象的扩大及新的物理模型的建立上依然存在挑战。 首先，关于摩尔超晶格对二维材料性质的调制作用与二维材料层数的关系，还需要深入研究，特别是关于层数大于两层的二维材料及异质结。 其次，对于摩尔超晶格的连续调节方法和物理性质的连续变化，仍有必要进行深入的探索，特别是关于二维材料魔角时性质的突变过程和原因。 除此之外，与云纹相关的电、光学、磁学等物理性质也是非常有研究前景的方向之一。

摩尔超晶格的引入确实面临着很多困难和挑战，但不可否认这一新战略在量子计算、量子通信、新超导体等行业具有潜力。 其长周期结构在基于二维材料的光电器件阵列、电磁传感器阵列、纳米发电机和其他声器件的研究中也起着重要的作用。 摩尔超晶格的引入，给了二维材料更大的快速发展机会和联想空间，对新的性质探索、新模型的建立具有越来越多的可能性。

论文作者的介绍

付磊

教授

付磊，武汉大学教授，教育部青年“长江学者”，国家自然科学基金委员会优秀青年基金获得者。 2001年毕业于武汉大学本科，2006年在中国科学院化学研究所获得理学博士学位。 之后，他进入了美国的洛斯阿拉莫斯国家实验室，2008年~年成为北京大学副研究员，年进入武汉大学。 研究包括二维原子晶体的精确合成和能量，以及在新闻行业的应用。 近五年，nature mater ...，nature commun 获得中国科学院院长特别奖、中国科学院优秀博士学位论文奖、中国化学会青年化学奖、中国新锐科技人物、武汉市优秀青年科技工作者称号。

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▲论文标题:

moiréis more:accesstonewpropertiesoftwo-dimensionallayeredmaterials

▲论文网站:

cell/matter/full text/s 2590-2385 ( 20 ) 30359-3

▌doi :

doi/10.1016/j.matt..07.001

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