【仪表网 研发快讯】近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心国际功能材料量子设计中心和物理系曾长淦教授、李林副研究员研究团队在二维材料的莫尔调控方面取得重要进展。团队创新性地构筑了石墨烯与石墨烯莫尔超晶格的电双层结构，揭示层间拖拽耦合能够显著拓展莫尔势场的调控范围，从而实现动态远程莫尔调控。相关研究成果以“Long-range moiré tuning effect via inter-layer drag interaction”为题于10月20日以Article形式在线发表在《自然·通讯》上。
 

　　在二维层状材料体系中，通过人工堆垛构建莫尔超晶格已被证明是一种调控电子能带结构和量子物态的重要手段。然而，周期性莫尔势场会随着远离堆垛界面而快速衰减，使得莫尔调控效应局限于‌超晶格界面附近，制约了其潜在应用。团队基于此前在二维体系拖拽效应的研究基础(Nano Lett. 20, 1396 (2020)；Nat. Phys. 19, 372 (2023)；Nat. Commun. 14, 1465 (2023))，提出了一种通过层间拖拽效应来拓展莫尔势场作用范围的全新研究思路。层间拖拽效应是指在两个空间相近但彼此绝缘的导电层构成的电双层结构中，对其中一层(主动层)施加驱动电流时，层间载流子之间动量/能量转移会诱导另一层(被动层)载流子移动，从而在被动层产生一个开路电压或闭路电流。这一动态过程由层间库伦散射这一长程相互作用主导，因此具备实现远程莫尔调控的潜力。
 

　　团队‌‌设计了一种‌新型‌电双层结构：一层为普通石墨烯，另一层是石墨烯与氮化硼层0°对齐堆垛形成周期约为14.7nm的莫尔超晶格。通过系统的低温输运测试，研究发现当莫尔超晶格层作为被动层时，层间‌拖拽行为受到莫尔势场的显著‌调制，表现为由于能量转移在主电中性点以及莫尔超晶格次级电中性点附近产生的负拖拽信号。更为重要的是‌，当对莫尔超晶格层通电流时，在普通石墨烯(被动层)上观测到的拖拽电压仍能清晰反映‌莫尔势场的调控作用，包括在零磁场下莫尔超晶格次级电中性点附近自相似的四区间图谱，以及在外加磁场下拖拽电阻呈现的Hofstadter蝴蝶图谱。这些结果表明，利用层间拖拽耦合的长程特性，莫尔调控的作用范围‌可以突破‌莫尔超晶格界面的物理限制，‌拓展到‌远距离的普通导体‌。这种莫尔拖拽效应的实现为远程莫尔工程建立了新范式，有望推广至众多二维导体体系，特别是那些难以形成合适莫尔晶格的材料，揭示更为丰富的莫尔物理现象。此外，该动态调制机制还可用于探索提升其它结构调制势场的作用范围，‌为发现‌更多新颖量子物态提供了新途径‌。
 

　　图示：(a)研究电双层结构莫尔调控效应的两种测试构型：近邻层内测试和层间拖拽测试；(b)电双层结构器件示意图；
 

　　(c)被动层为普通石墨烯时拖拽电阻随栅压的典型演化图谱。
 

　　中国科学技术大学微尺度物质科学国家研究中心朱丽君特任副研究员为论文第一作者，曾长淦和李林为论文共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金委、科技部、中国科学院以及安徽省的资助。李林得到了中国科学技术大学仲英青年学者项目的资助。