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(yuǎn)遠(yuǎn)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(dú)特性質(zhì)，包括違反泡利極限和重入超導(dǎo)性。因此，對(duì)MATGG新型電子結(jié)構(gòu)的研究不僅可以作為進(jìn)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(tái)。
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(gè)充滿活力的領(lǐng)域，也給實(shí)驗(yàn)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(jī)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(tái)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(tuán)隊(duì)花了六年時(shí)間建造了中國第一個(gè)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(yùn)行。該研究小組隸屬于SPST的拓?fù)湮锢韺?shí)驗(yàn)室（LTP）。nano-ARPES設(shè)施提供了一種強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)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(jìn)行nano-ARPES取得了他們的第一個(gè)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(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)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(jìn)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(duì)MATGG區(qū)域的精細(xì)測量為動(dòng)量空間中共存的狄拉克帶和摩爾紋平坦帶提供了第一個(gè)實(shí)驗(yàn)證據(jù)，與第一性原理計(jì)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(shí)空間定位，這與不確定性原理所連接的動(dòng)量空間中的擴(kuò)展相對(duì)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(jìn)展。
這個(gè)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(tuán)隊(duì)進(jìn)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(qiáng)。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
