IT之家 8 月 10 日消息，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授張?jiān)雒?、喬振華、秦維團(tuán)隊(duì)在二維莫爾超晶格的量子調(diào)控研究中取得突破性進(jìn)展。

該團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了一套適用于極高壓力的范德華異質(zhì)結(jié)量子輸運(yùn)測(cè)量技術(shù)，并以石墨烯 / 六方氮化硼（h-BN）莫爾超晶格為平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)證明了通過(guò)壓力可大幅增強(qiáng)莫爾勢(shì)，首次觀測(cè)到理論預(yù)言的“三級(jí)能隙”。

IT之家查詢獲悉，這一成果已于 7 月 24 日發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》（DOI:10.1103 / xs5j-hp3p），并被選為“編輯推薦”文章；為利用壓力調(diào)控莫爾電子能帶、探索新奇關(guān)聯(lián)物態(tài)開(kāi)辟了新的研究范式。

莫爾超晶格為構(gòu)筑和調(diào)控關(guān)聯(lián)量子物態(tài)提供了理想的平臺(tái)。傳統(tǒng)上，科學(xué)家主要通過(guò)改變轉(zhuǎn)角來(lái)調(diào)節(jié)莫爾周期性，但器件制備完成后轉(zhuǎn)角便固定下來(lái)，難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)控。靜水壓作為一種“潔凈”的原位調(diào)控手段，可以在不改變莫爾周期的情況下連續(xù)調(diào)節(jié)層間耦合，從而有效調(diào)控莫爾能帶結(jié)構(gòu)。

然而，此前的相關(guān)量子輸運(yùn)研究受限于技術(shù)瓶頸，壓力通常無(wú)法超過(guò) 3GPa，遠(yuǎn)未達(dá)到探索莫爾體系豐富物理現(xiàn)象所需的壓力區(qū)間。

為突破這一限制，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了創(chuàng)新的金剛石對(duì)頂砧（DAC）高壓量子輸運(yùn)測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在高達(dá) 9GPa 的極端壓力下對(duì)莫爾器件的高精度測(cè)量。該工作是團(tuán)隊(duì)在高壓下二維器件物性研究方面的又一重要成果，此前他們已成功將金剛石 NV 色心技術(shù)與 DAC 相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了高壓下石墨烯器件中電流密度的高分辨成像，為本研究奠定了基礎(chǔ)。

該工作以精準(zhǔn)轉(zhuǎn)角對(duì)齊的石墨烯 / h-BN 異質(zhì)結(jié)為研究對(duì)象。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著壓力增大，器件的主能隙增大了近一倍，同時(shí)第一莫爾價(jià)帶的帶寬被顯著壓窄，表明壓力有效增強(qiáng)了莫爾勢(shì)的強(qiáng)度。當(dāng)壓力超過(guò) 6.4 GPa 時(shí)，研究人員首次在實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到了一個(gè)在常壓下不存在的三級(jí)能隙（tertiary gap）。

理論計(jì)算也完美復(fù)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并揭示了該能隙的打開(kāi)與壓力下增強(qiáng)的原子弛豫效應(yīng)密切相關(guān)。該項(xiàng)工作不僅展示了一種強(qiáng)大的高壓量子輸運(yùn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，更證明了靜水壓是調(diào)控莫爾體系電子能帶結(jié)構(gòu)和電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)的普適而有效的工具。該技術(shù)有望被推廣到轉(zhuǎn)角雙層石墨烯、過(guò)渡金屬硫化物等其他莫爾體系中，從而在一個(gè)更廣闊的參數(shù)空間內(nèi)探索和發(fā)現(xiàn)非常規(guī)超導(dǎo)、拓?fù)淞孔討B(tài)等新奇的關(guān)聯(lián)與拓?fù)洮F(xiàn)象。

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