由二維多層構(gòu)建的摩爾超晶格可以產(chǎn)生豐富且可調(diào)諧的物理性質(zhì)。魔角扭曲雙層石墨烯（MATBG）是最突出的例子之一，它表現(xiàn)出非常規(guī)超導(dǎo)性，相關(guān)物理學(xué)，鐵磁性和非平凡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，遠遠超出單層石墨烯。最近，魔角扭曲三層石墨烯（MATTG）顯示出類似于MATBG的穩(wěn)健超導(dǎo)性和其他獨特性質(zhì)，包括違反泡利極限和重入超導(dǎo)性。因此，對MATGG新型電子結(jié)構(gòu)的研究不僅可以作為進一步理解非常規(guī)超導(dǎo)性的階梯，還可以為高效的量子電子學(xué)提供潛在的材料平臺。
魔角扭曲石墨烯系統(tǒng)在凝聚態(tài)物理學(xué)中創(chuàng)造了一個充滿活力的領(lǐng)域，也給實驗技術(shù)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。這些器件的微米尺寸是通過機械剝離方法制造的，這需要精確控制石墨烯層的位置和扭曲角度。電子結(jié)構(gòu)的器件制造和系統(tǒng)研究需要不同研究小組和平臺的努力。在上海科技大學(xué)和上海同步輻射設(shè)施（SSRF）的合作下，陳玉林和劉仲愷的團隊花了六年時間建造了中國第一個納米尺度的角分辨光發(fā)射光譜（NANO-ARPES）終端站，該終端站自2021年以來已在SSRF中全面投入運行。該研究小組隸屬于SPST的拓?fù)湮锢韺嶒炇遥↙TP）。nano-ARPES設(shè)施提供了一種強大的實驗技術(shù)來研究極小尺寸樣品和器件的電子結(jié)構(gòu)。
最近，由特聘兼職教授陳玉林和劉仲愷副教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組通過在SSRF中進行nano-ARPES取得了他們的第一個主要成果。8月31日，這一結(jié)果發(fā)表在高影響力的《Advanced Materials》雜志上，題為“觀察魔角扭曲三層石墨烯中共存的狄拉克帶和摩爾紋平帶”。
Fig.魔角扭曲三層石墨烯。（a） 堆疊幾何形狀;（b） 裝置側(cè)面橫截面的圖示;（c） 設(shè)備的光學(xué)顯微鏡照片;（d） 通過nano-ARPES對設(shè)備進行實空掃描;（e） STM測量的摩爾紋圖案;（f） 用nano-ARPES測量的摩爾紋小波段;（g） nano-ARPES觀測到的平帶和狄拉克帶共存。
憑借nano-ARPES先進的亞微米空間分辨率，研究小組設(shè)法解決了器件的單層，雙層和MATGG區(qū)域。對MATGG區(qū)域的精細測量為動量空間中共存的狄拉克帶和摩爾紋平坦帶提供了第一個實驗證據(jù)，與第一性原理計算一致。掃描隧道顯微鏡/光譜學(xué)（STM/STS）測量顯示出清晰的摩爾紋周期性和平坦波段的真實空間定位，這與不確定性原理所連接的動量空間中的擴展相對應(yīng)。本研究為摩爾紋超晶格的電子結(jié)構(gòu)提供了示例研究和重要進展。
這個合作ATED工作由上海科技大學(xué)、牛津大學(xué)、南京理工大學(xué)和南京大學(xué)的研究團隊進行。共同的第一作者是：李毅偉博士（現(xiàn)為武漢大學(xué)高等研究院副研究員）、張世豪博士、上海科技大學(xué)博士生魏立洋、南京大學(xué)研究生陳凡強。劉仲愷教授、陳玉林教授、王美曉副教授、南京理工大學(xué)劉建鵬副教授、程斌教授是共同通訊作者。
摘自《The Graphene Council》網(wǎng)站
