北理工團(tuán)隊(duì)通過(guò)移動(dòng)納米氣泡實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角石墨烯中摩爾超晶格的精準(zhǔn)調(diào)控
發(fā)布日期：2024-07-02 供稿：前沿院 攝影：前沿院
編輯：楊婧 審核：陳棋 閱讀次數(shù)：二維材料在旋轉(zhuǎn)或?qū)娱g晶格失配時(shí)會(huì)產(chǎn)生新的摩爾周期,，從而衍生出許多不同于單層和多層的新奇物理現(xiàn)象,。例如，轉(zhuǎn)角雙層石墨烯中會(huì)產(chǎn)生非常規(guī)超導(dǎo)和關(guān)聯(lián)電子行為,，轉(zhuǎn)角二維磁性材料中可以形成競(jìng)爭(zhēng)磁基態(tài),。近年來(lái)，摩爾超晶格成為調(diào)控二維材料各類(lèi)新奇物性的重要手段，是當(dāng)今凝聚態(tài)物理中的重要研究方向之一,。然而，摩爾超晶格的構(gòu)型對(duì)于角度,、應(yīng)變場(chǎng)分布等參數(shù)非常敏感,，要研究摩爾超晶格誘導(dǎo)的多種物性需要制備大量的不同樣品。近年來(lái)摩爾超晶格領(lǐng)域的研究得到了快速的發(fā)展,，同時(shí)也遇到了顯著的挑戰(zhàn),，如何在同一樣品中實(shí)現(xiàn)摩爾超晶格的連續(xù)操控對(duì)于研究各種物理性質(zhì)的演變也至關(guān)重要。
近日,，北京理工大學(xué)黃元教授,，王業(yè)亮教授，和徐曉龍教授等人在Nano Letters上發(fā)表了借助于移動(dòng)二維異質(zhì)結(jié)中的納米氣泡實(shí)現(xiàn)摩爾超晶格調(diào)控的研究工作,。團(tuán)隊(duì)研究人員在轉(zhuǎn)角單層-多層石墨烯中,，發(fā)現(xiàn)氣泡誘導(dǎo)的應(yīng)變場(chǎng)對(duì)附近摩爾超晶格有著巨大的影響，借助AFM針尖動(dòng)態(tài)連續(xù)地移動(dòng)納米氣泡,，實(shí)現(xiàn)了摩爾超晶格的精準(zhǔn)調(diào)控,，觀察到了規(guī)則的三角形疇演變?yōu)榫哂袉萎牨诨螂p疇壁的長(zhǎng)條形疇結(jié)構(gòu)的過(guò)程。進(jìn)一步地,，通過(guò)移動(dòng)多個(gè)納米氣泡還可以建立氣泡之間應(yīng)變場(chǎng)的耦合實(shí)現(xiàn)了摩爾超晶格的可控調(diào)控,。
這種簡(jiǎn)單易行的摩爾條紋調(diào)控能力為實(shí)現(xiàn)多種堆垛結(jié)構(gòu)的連續(xù)變化提供了一種新的技術(shù)手段，也將為研究轉(zhuǎn)角二維體系中更多新穎物性帶來(lái)更多的機(jī)會(huì),。相關(guān)成果以“Manipulation of moiré superlattice in twisted monolayer-multilayer graphene by moving nanobubbles”為題發(fā)表在頂級(jí)國(guó)際期刊Nano Letters上（doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c02548）,，第一作者為物理學(xué)院碩士研究生丁鵬飛（2024年夏季畢業(yè)生），北京理工大學(xué)黃元教授,，王業(yè)亮教授和徐曉龍教授為共同通訊作者,，該工作得到了基金委、科技部和北京理工大學(xué)等項(xiàng)目的資助,。
圖1. 在轉(zhuǎn)角單層-多層石墨烯上,，實(shí)現(xiàn)摩爾超晶格的觀察。
借助于c-AFM技術(shù),，作者在轉(zhuǎn)角單層-多層石墨烯表面觀察到摩爾超晶格網(wǎng)絡(luò),，三角疇的差異來(lái)源于不同堆垛結(jié)構(gòu)的電導(dǎo)不同。
圖2. 不均勻應(yīng)變場(chǎng)下的摩爾超晶格網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)分布,。
作者發(fā)現(xiàn)在氣泡附近,，摩爾超晶格網(wǎng)絡(luò)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的扭曲變形。當(dāng)多個(gè)氣泡距離較近時(shí),，氣泡之間的超晶格會(huì)形成連續(xù)扭曲變形的網(wǎng)絡(luò)分布,。對(duì)這些受到應(yīng)變影響的摩爾結(jié)構(gòu)的局部觀察，可以看到連續(xù)變化的三角疇分布，以及條帶狀的疇結(jié)構(gòu),。
圖3. 單個(gè)氣泡操縱下摩爾網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)演變行為,。
作者利用AFM針尖可控地推動(dòng)單個(gè)氣泡（圖3e），發(fā)現(xiàn)確定觀察區(qū)域摩爾網(wǎng)絡(luò)的疇面積占比和疇壁占比會(huì)發(fā)生依賴性的變化,。氣泡移動(dòng)過(guò)程中,，氣泡附近應(yīng)變導(dǎo)致該區(qū)域?qū)娱g發(fā)生原子級(jí)重構(gòu)進(jìn)而形成新的摩爾網(wǎng)絡(luò)分布。且在這一系列調(diào)控過(guò)程中,，會(huì)伴隨著單疇壁（SDW）和雙疇壁（DDW）之間的轉(zhuǎn)化,。
圖4. 通過(guò)操縱多個(gè)氣泡摩爾條紋結(jié)構(gòu)的調(diào)控。
進(jìn)一步地,，作者通過(guò)推動(dòng)多個(gè)氣泡形成圖案,，可控地實(shí)現(xiàn)了受限的超晶格分布狀態(tài)。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c02548
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