新加坡国立大学(NUS)的物理学家们开发了一种新技术，利用一系列黄金法则精确控制超摩尔量子晶格的排列，为下一代摩尔量子物质的进步奠定了基础。
当两个相同的周期结构之间存在相对扭转角重叠，或两个不同的周期结构之间存在扭转角或无扭转角重叠时，会形成波纹图案。扭转角是指两个结构的晶体取向之间的角度。例如，当石墨烯与六方氮化硼(hBN)这两种层状材料叠加时，原子并不会完美对齐，从而产生一种称为莫尔条纹的干涉条纹模式。
这导致了电子的重构。石墨烯和hBN中的波纹模式被用于创造具有独特特性的全新结构，如拓扑电流和霍夫施塔特蝴蝶态。当两个莫尔条纹重叠时，形成了一种称为超级莫尔条纹晶格的新结构（见上图）。与传统的单一moir材料相比，这种超级moir晶格扩展了可调材料特性的范围，允许在更广泛的应用中潜在使用。
由新加坡国立大学物理系的Ariando教授领导的研究小组开发了一种技术，成功实现了hBN/石墨烯/hBN超晶格的可控对准。这项技术允许精确排列两个莫尔纹图案，一个叠加在另一个上面。同时，研究人员制定了“黄金法则三”，以指导使用他们的技术创建超级网格。研究结果已发表在《自然通讯》杂志上。
制造石墨烯超晶格面临三个主要挑战。首先，传统的光学对准高度依赖于石墨烯的直边，但寻找合适的石墨烯薄片非常耗时；其次，即使使用直边石墨烯样品，由于其边缘手性和晶格对称性的不确定性，获得双对齐超晶格的概率也很低，仅为1/8。第三，尽管可以识别边缘手性和晶格对称性，但由于对齐两种不同晶格材料在物理上具有挑战性，通常会发现对齐误差较大（大于0.5度）。
该研究论文的第一作者胡俊雄博士表示：“我们的技术有助于解决实际问题。许多研究人员告诉我，他们通常需要近一周的时间来制作样本。通过我们的技术，他们不仅可以大幅缩短制造时间，还能显著提高样品的精度。”
研究人员最初使用30度旋转技术来控制顶部hBN层与石墨烯层的排列。随后，他们采用翻转技术来控制顶部hBN与底部hBN层的对齐。基于这两种方法，他们能够控制晶格的对称性并调节石墨烯超晶格的能带结构。他们还表明，相邻的石墨边缘可以作为堆叠排列的向导。在这项研究中，他们制作了20个精度优于0.2度的moir样品。
Ariando教授表示：“我们为我们的技术建立了三条黄金法则，这将帮助二维材料领域的许多研究人员。许多研究其他强相关体系的科学家，如魔角扭曲双层石墨烯或abc堆叠多层石墨烯，也有望从我们的工作中受益。通过这项技术的改进，我希望它将加速下一代摩尔量子物质的发展。”
目前，研究小组正在利用该技术制造单层石墨烯超晶格，并探索该材料体系的独特性能。此外，他们还将目前的技术扩展到其他材料系统，以发现其他新的量子现象。
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希望本篇文章《科学家提出了调控超晶格结构的“黄金法则”》能对你有所帮助！
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