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PRL | 光学与量子信息研究所:一维莫尔超晶格中的电子绝缘态

发布时间:2026-08-10     来源:物理学系综合网     编辑:     浏览次数:10

莫尔条纹(moiré pattern)能够从根本上重塑量子材料中的电子行为。尽管该概念已在二维体系中催生了大量重要发现,但其向一维体系的拓展仍是一个具有挑战性的前沿问题。浙江大学物理学院赵思瀚研究员团队首次通过构筑晶体学取向精准的单壁扶手椅型碳纳米管(armchair SWNT)与六方氮化硼(hBN)异质结构(armchair SWNT/hBN),实现了一种可由栅压调控的一维莫尔超晶格器件(示意图(a)

在器件制备过程中,研究人员首先利用光谱学手段对armchair SWNT进行结构筛选与精确定位,随后采用范德华干式转移技术构建armchair SWNT/hBN异质结构,并通过高真空退火处理,使体系自发形成晶格取向高度对齐的一维莫尔超晶格(图(b)&(c)),周期约14纳米。基于低温电学输运测量,研究团队观测到由一维莫尔超晶格周期势诱导的多种电子绝缘态,包括电荷中性点CNP、莫尔能带全填充态(v = -4)以及莫尔能带半填充态(v = -2)(图(d))。

进一步地,这些绝缘态在实验上表现出对晶格取向对齐的强烈依赖性,而对碳纳米管直径及器件沟道长度未呈现明显依赖关系。该系统性依赖特征结合能带理论分析,共同有力支持了一维莫尔超晶格在绝缘态形成中的主导作用。值得注意的是,v = -2(对应每个莫尔周期填充两个空穴)所对应的绝缘态在石墨烯/hBN二维莫尔超晶格中并未出现,暗示一维体系中电子–电子相互作用可能更为显著。 

该研究不仅拓展了莫尔工程的维度边界,也为探索一维强关联电子系统中的多体物理行为提供了新的凝聚态实验平台。更广泛而言,该成果确立了一种可控构筑一维莫尔物质的新范式,为在低维体系中进一步探索新型电子态与量子相变提供了重要手段。

相关成果以“Emergent electronic insulating states in a one-dimensional moiré superlattice”为题发表于《Physical Review Letters》。论文的第一单位为浙江大学物理学院、浙江省微纳量子芯片与量子调控重点实验室、硅及先进半导体材料全国重点实验室,并与东京大学、Stony Brook大学以及仁荷大学合作完成。浙江大学物理学院博士毕业毕健锋、董睿歌共同第一作者,浙江大学物理学院赵思瀚研究员为共同通讯作者。研究得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持。

论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/h1q6-rc95Phys. Rev. Lett. 137, 066201 (2026)