外场可控电子晶体及空间拓扑有序结构探索
二维材料范德华转角异质结是一类近年来引发学界广泛关注的人工量子材料体系。通过人工精准转移-堆叠技术，将二维材料制备成范德华转角异质结进而加工成微纳器件，这一体系中的关联绝缘态，非常规超导态，非平庸拓扑物态，磁性，铁电性等新奇物性已经被广泛报道。同时，堆叠转角，电场，磁场，光场，应力场等外场调控手段对该体系具有优异的调控能力。因此，二维范德华异质结的研究已经成为了材料物理和凝聚态物理研究的前沿方向之一。
转角单层-双层石墨烯(Twisted Monolayer-Bilayer Graphene, TMBG)是将单层和双层石墨烯以一定转角堆垛起来的异质结，相比于最早报道的魔角石墨烯(Twisted Bilayer Graphene, TBG)，TMBG晶格对称性更低，能带结构有更好的电场可调性，且输运测量中已经证实了该体系中部分填充的平带具有拓扑非平庸性。但是微观尺度下这种拓扑性质的表现形式，以及该体系的平带结构随外电场的演化仍缺乏研究。近日中国科学院大学材料科学与光电技术学院姜宇航研究团队首先通过精准转移技术构筑了转角为1.04°±0.02°的单层-双层石墨烯异质结，进而结合低温扫描隧道显微镜和栅电压调节的手段对其电子能带结构以及关联态的演化进行了研究。他们发现在导平带部分填充情况下，电子间的关联作用将使其在莫尔超晶格的原胞中重新分配，形成电子晶体相。进一步结合体系能带的拓扑非平庸性，可利用扫描隧道谱学成像技术直接观测出超晶格中拓扑环的形成。这一研究结果表明转角单层-双层石墨烯体系中电子间强关联相互作用能不仅诱导出电子晶体，通过栅电压的调节还能实现对拓扑态等量子物态的调控，STS谱学成像技术还可以直观辅助观测到这些物态在空间中的演化，为强关联诱导的拓扑物理研究提供了有效的研究平台。相关成果以“Imaging topological and correlated insulating states in twisted monolayer-bilayer graphene”为题发表于7月22日的Nature Communications杂志。该工作是与中国科学院大学物理科学学院毛金海课题组，中国科学院物理研究所高鸿钧院士课题组，上海科技大学刘健鹏课题组，卡弗里研究所朱征课题组等合作完成的。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-31851-x
