【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心國際功能材料量子設(shè)計中心和物理系曾長淦教授、李林副研究員研究團隊在二維材料的莫爾調(diào)控方面取得重要進展。團隊創(chuàng)新性地構(gòu)筑了石墨烯與石墨烯莫爾超晶格的電雙層結(jié)構(gòu)，揭示層間拖拽耦合能夠顯著拓展莫爾勢場的調(diào)控范圍，從而實現(xiàn)動態(tài)遠程莫爾調(diào)控。相關(guān)研究成果以“Long-range moiré tuning effect via inter-layer drag interaction”為題于10月20日以Article形式在線發(fā)表在《自然·通訊》上。
 

　　在二維層狀材料體系中，通過人工堆垛構(gòu)建莫爾超晶格已被證明是一種調(diào)控電子能帶結(jié)構(gòu)和量子物態(tài)的重要手段。然而，周期性莫爾勢場會隨著遠離堆垛界面而快速衰減，使得莫爾調(diào)控效應(yīng)局限于‌超晶格界面附近，制約了其潛在應(yīng)用。團隊基于此前在二維體系拖拽效應(yīng)的研究基礎(chǔ)(Nano Lett. 20, 1396 (2020)；Nat. Phys. 19, 372 (2023)；Nat. Commun. 14, 1465 (2023))，提出了一種通過層間拖拽效應(yīng)來拓展莫爾勢場作用范圍的全新研究思路。層間拖拽效應(yīng)是指在兩個空間相近但彼此絕緣的導(dǎo)電層構(gòu)成的電雙層結(jié)構(gòu)中，對其中一層(主動層)施加驅(qū)動電流時，層間載流子之間動量/能量轉(zhuǎn)移會誘導(dǎo)另一層(被動層)載流子移動，從而在被動層產(chǎn)生一個開路電壓或閉路電流。這一動態(tài)過程由層間庫倫散射這一長程相互作用主導(dǎo)，因此具備實現(xiàn)遠程莫爾調(diào)控的潛力。
 

　　團隊‌‌設(shè)計了一種‌新型‌電雙層結(jié)構(gòu)：一層為普通石墨烯，另一層是石墨烯與氮化硼層0°對齊堆垛形成周期約為14.7nm的莫爾超晶格。通過系統(tǒng)的低溫輸運測試，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)莫爾超晶格層作為被動層時，層間‌拖拽行為受到莫爾勢場的顯著‌調(diào)制，表現(xiàn)為由于能量轉(zhuǎn)移在主電中性點以及莫爾超晶格次級電中性點附近產(chǎn)生的負拖拽信號。更為重要的是‌，當(dāng)對莫爾超晶格層通電流時，在普通石墨烯(被動層)上觀測到的拖拽電壓仍能清晰反映‌莫爾勢場的調(diào)控作用，包括在零磁場下莫爾超晶格次級電中性點附近自相似的四區(qū)間圖譜，以及在外加磁場下拖拽電阻呈現(xiàn)的Hofstadter蝴蝶圖譜。這些結(jié)果表明，利用層間拖拽耦合的長程特性，莫爾調(diào)控的作用范圍‌可以突破‌莫爾超晶格界面的物理限制，‌拓展到‌遠距離的普通導(dǎo)體‌。這種莫爾拖拽效應(yīng)的實現(xiàn)為遠程莫爾工程建立了新范式，有望推廣至眾多二維導(dǎo)體體系，特別是那些難以形成合適莫爾晶格的材料，揭示更為豐富的莫爾物理現(xiàn)象。此外，該動態(tài)調(diào)制機制還可用于探索提升其它結(jié)構(gòu)調(diào)制勢場的作用范圍，‌為發(fā)現(xiàn)‌更多新穎量子物態(tài)提供了新途徑‌。
 

　　圖示：(a)研究電雙層結(jié)構(gòu)莫爾調(diào)控效應(yīng)的兩種測試構(gòu)型：近鄰層內(nèi)測試和層間拖拽測試；(b)電雙層結(jié)構(gòu)器件示意圖；
 

　　(c)被動層為普通石墨烯時拖拽電阻隨柵壓的典型演化圖譜。
 

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心朱麗君特任副研究員為論文第一作者，曾長淦和李林為論文共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部、中國科學(xué)院以及安徽省的資助。李林得到了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)仲英青年學(xué)者項目的資助。