新加坡国立大学 Nat.commun: 石墨烯超级莫尔，从此变得可控-石墨烯产业专题

新加坡国立大学 Nat.commun: 石墨烯超级莫尔，从此变得可控

时间:2023-07-15 作者: 来源:材料牛（石墨烯）

【背景导读】

2018年，美国麻省理工 (MIT) Pablo Jarillo-Herrero教授团队首次实验上在魔角扭曲的双层石墨烯中观察到了一系列电子强关联现象，从不导电的绝缘态到非常导电的超导态。因为其超导相图和高温超导类似，因此有望通过简单的二维原子层间堆叠，来实现对复杂高温超导机制的理解。传统的莫尔超晶格（Moiré superlattice）主要有1个莫尔条纹，而如果由2个莫尔条纹在界面相互作用产生的新结构叫做超级莫尔晶格 (Supermoiré lattice) 。2023年曼城石墨烯大会，Pablo教授将这种由2种莫尔条纹构成的超级莫尔晶格称为 “下一代莫尔量子材料” 。相比传统的单一莫尔，这种超级莫尔拓展了莫尔量子材料的可调节维度，进一步丰富了其物理特性。以石墨烯和氮化硼构成的超级莫尔晶格为例，最近的理论和实验研究表明，即使是单层石墨烯，也可以通过构建超级莫尔晶格，来实现拓扑平带和强关联电子态。因此，超级莫尔的建构，可以实现传统单一莫尔量子材料无法实现的的新功能和新现象。

然而，石墨烯超级莫尔晶格的样品制备，主要面临三方面的技术难题：首先，传统的光学对准强烈依赖石墨烯本身的直边，但是实验上寻找一个拥有直边的石墨烯，是费时且费力的：其次，尽管找到了带直边的石墨烯，但是因为其边缘手性和晶格对称的不确定性，最终只有1/8的低概率得到双对准的超级莫尔晶格；最后，即使最终确定了边缘手性和晶格，实验上对准的误差往往也很大（ > 0.5°），因为把两个不同的晶格材料堆叠对准在一起，是很有挑战的。

【成果掠影】

基于此，新加坡国立大学Ariando教授课题组提出了一系列的技术解决方案，成功实现了单层石墨烯/氮化硼超级莫尔晶格的可控制备。与此同时，为了确保该技术的产率和精确度，团队提出了光学对准的 “黄金法则”。最后，团队也将这项技术应用于其他强关联电子体系中，实现了多层转角石墨烯超级莫尔晶格的可控制备。相关的研究成果以“Controlled alignment of supermoiré lattice in double-aligned graphene heterostructures” 为题发表在Nature Communications.