二维材料因其易于剥离和电子态可调性，成为在原子尺度实现各种量子相的卓越平台。通过引入转角构建摩尔纹超晶格，能够诱导显著的电子结构调制，比如放大库仑相互作用，使系统进入莫特绝缘体、非常规超导等新颖强关联相。然而，对于单层强关联体系中引入层间转角的结果，相关实验和理论仍处于探索阶段。
近日，浙江大学物理学院尹艺教授团队与合作者在强关联二维材料领域取得重要进展。研究团队揭示了双层转角 1T-TaSe2中独特的“双重摩尔纹”机制，阐明了晶格和电荷密度波（CDW）协同转角对系统电子结构的调控规律，并提出双层平带系统在转角调制下的理论模型和微观机制解释。相关研究成果以“Modulation of electronic structure via dual moiré patterns in twisted 1T-TaSe2”为题，发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。
图 1. 低维1T-TaSe2材料中的CDW超晶格和其表面台阶处的转角摩尔纹结构
在二维材料中，单层1T-TaSe2因其显著的强关联效应而备受关注。在低温下，电子-声子相互作用驱动晶格畸变，形成具有“大卫之星”（Star of David, SD）超晶格特征的电荷密度波（CDW）相 （图1a）。尽管其电子带处于半填充状态，但单层1T-TaSe2表现出清晰的绝缘基态，被表征为库仑相互作用主导的莫特-哈伯德绝缘体（Mott-Hubbard Insulator）。
当将强关联单层堆叠成多层范德华系统时，相互作用变得复杂起来。此前研究对于多层堆叠的单晶1T-TaSe2的理解一直没有达成一致，但是基本的认识是层间的堆叠序起到了重要作用 [PRB 105, 035110(2022)，PRB 105, 035109(2022)]。在大量针对体相1T-TaSe2表面堆叠序的研究中，少数观测到的表面双层转角构型引起了研究者的注意（图1c），为探索层间调控提供了新的实验线索。
图2. 双重摩尔纹调制的模拟和实验中被调制的电子态绝缘-金属转变
在1T-TaSe2表面台阶处的低温扫描隧道（STM/STS）测量表明，上层材料对于下层出现了转角和电子态的摩尔纹结构。经过深入测量和分析，一个独特的物理图像被揭示：共存的转角原子晶格和CDW超晶格产生了一种具有不同电子调制效应的“双重摩尔纹”结构（图2a）。其中的STM扫描图样的摩尔纹源于原子晶格的转角，和相应电子态中的CDW强度调制；而转角的CDW超晶格摩尔纹，则在费米面附近的低能区间诱发了连续的绝缘体-金属转变 （图2e），电子态从大能隙的绝缘态逐渐演化为无能隙的金属态。密度泛函理论（DFT）计算表明，这种转变源于转角引起的SD结构单元堆叠方式的变化，和转角中SD堆叠的空间变化一致（图2b）。
为了深入理解这一机制，研究人员利用摩尔纹周期的能隙图作为层间势V(r)，通过其傅利叶分量构建了连续介质模型。研究发现，层间势介导了多重层间散射过程，产生了大量叠加态，表现为具有不同能隙的分裂平带对（Split Flat-Band Pairs）。这一工作不仅阐明了 1T-TaSe2中基于CDW转角的电子态调控机制，也为探索相关材料中的莫特物理和复杂电子相提供了重要见解。
浙江大学物理学院刘永昊、郑远，及中科院国家纳米科学中心杨坤为论文的共同第一作者。浙江大学物理学院尹艺教授、中科院国家纳米科学中心张进研究员、中科院合肥物质科研院孙玉平教授为论文的共同通讯作者。本研究得到了浙江大学物理学院微纳量子芯片与量子控制浙江省重点实验室、国家纳米科学中心理论与计算纳米科学实验室、中科院合肥物质科研院等单位的支持。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家自然科学基金联合基金以及中国科学院大型科学装置等项目的支持。
文章信息：Y. Liu, Y. Zheng, et al. Modulation of electronic structure via dual moiré patterns in twisted 1T-TaSe2, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123(11), e2520703123 (2026).
论文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2520703123
