菱方石墨烯中莫爾增強的平帶

標題：清華大學/上海交通大學/北京大學Nat. Mater.: 菱方石墨烯中莫爾增強的平帶

　　近日，Nat. Mater.在線發表了清華大學周樹云教授、上海交通大學陳國瑞副教授、北京大學宋志達助理教授課題組的研究論文，題目為《Moiré enhanced flat band in rhombohedral graphene》，論文的第一作者為Hongyun Zhang, Jinxi Lu, Kai Liu, Yijie Wang。

　　分數量子反常霍爾效應（FQAHE）是一種引人入勝的涌現量子態，其特性表現為即使在無外磁場下也能產生分數化電荷激發。最近，研究人員在氮化硼襯底上的對齊菱方五層石墨烯（對齊R5G/BN）體系中，通過引入莫爾勢觀測到了分數量子反常霍爾效應。值得關注的是，當載流子被驅離莫爾界面時，分數量子反常霍爾效應會更顯著地顯現，這引發了關于莫爾勢具體作用的爭論。

　　在此研究中，通過執行納米角分辨光電子能譜（NanoARPES），作者直接觀測到了對齊與非對齊R5G/BN體系中的拓撲平帶。與非對齊樣品相比，對齊樣品中的莫爾勢不僅產生了莫爾能帶，更顯著增強了拓撲平帶。結合理論計算，研究提出頂層莫爾能帶是通過與莫爾調制底層的層間庫侖相互作用產生的。這項研究為闡明莫爾勢在對齊菱方石墨烯中的作用提供了直接實驗證據，并為理解其涌現的量子現象奠定了理論基礎。

　　鑒于目前報道的包括分數量子反常霍爾效應在內的多種新穎量子相均只在菱方石墨烯處于莫爾超晶格時出現，理解莫爾勢如何影響對齊R5G/BN體系中平帶的復雜拓撲性質、電荷調制及能隙，對于揭示其背后物理機制至關重要。這項工作引起了人們對莫爾勢強烈影響對齊R5G/BN電子結構的關注，即使在遠離莫爾區域，這也有助于調和不同的實驗觀測和理論模型。

圖1 R5G/BN異質結的示意圖與表征（樣品S1）

圖2 非對齊R5G/BN的實驗電子結構與平帶（樣品S2和S3）

圖3 對齊R5G/BN中觀察到強平帶與莫爾復制帶（樣品S1和S4）

圖4 與未對齊樣品相比，對齊R5G/BN樣品中增強的平帶

【論文鏈接】

　　Zhang, H., Lu, J., Liu, K. et al. Moiré enhanced flat band in rhombohedral graphene. Nat. Mater.,2025.
https://doi.org/10.1038/s41563-025-02416-2

　　信息來源：科研任我行