作为资深顶刊收割机，二维材料上半年发了19篇NS

8作为二维材料老一辈网红的石墨烯开启了人们对二维材料的关注。目前二维材料已经是材料领域十分引人注目的研究方向，也是名副其实的顶刊收割机。这篇文章为大家整理了二维材料在2020上半年发表在Nature&Science上的19篇文章，一起来看看吧！

1.Nature:质子辅助生长超平石墨烯薄膜

通过化学气相沉积法生长的石墨烯薄膜具有非凡的物理和化学性质，这在诸如柔性电子和高频晶体管等应用中有望实现。但是，由于与基材的牢固结合，在生长过程中总是会形成皱纹，并且这些皱纹限制了薄膜的大规模均匀性。

南京大学高力波开发了一种质子辅助的化学气相沉积方法来生长无皱的超脂石墨烯薄膜。这种质子渗透和重组形成氢的方法还可以减少在传统的石墨烯化学气相沉积过程中形成的皱纹。一些皱纹由于范德华相互作用的解耦而可能完全消失，并且可能与生长表面的距离增加了。生长的石墨烯薄膜的电子能带结构显示出V形的狄拉克锥和在原子平面内或跨原子台阶的线性色散关系，从而限制了与基板的去耦。石墨烯薄片的超脂特性确保其表面在湿转移过程后易于清洁。即使在室温下，线宽为100微米的设备中也会出现强大的量子霍尔效应。通过质子辅助化学气相沉积法生长的石墨烯碎片应在很大程度上保留其固有性能，并且这种方法应易于推广到用于应变和掺杂工程的其他纳米材料。

文献链接：

Proton-assisted growth of ultra-flat graphene films.

(Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-019-1870-3)

2.Nature:独立式单层无定形碳的合成与性能

块状无定形材料已被广泛研究并得到广泛使用，但是它们的原子排列仍然是一个悬而未决的问题。尽管通常认为它们是Zachariasen连续随机网络，但最近的实验证据在非晶硅的情况下更倾向于竞争微晶模型。但是，在二维材料中，相应的问题仍未得到解答。

新加披国立大学的Barbaros Ozyilmaz报道了通过激光辅助化学气相沉积法合成的厘米级，独立式，连续且稳定的单层无定形碳的合成，其拓扑结构不同于无序石墨烯。与散装材料不同，单层无定形碳的结构可以通过原子分辨率成像确定。通过拉曼光谱和X射线光谱学以及透射电子显微镜的广泛表征表明，完全没有长周期周期性，并且三键协调的结构没有键长，键角以及五，六，七和八种分布成员环。环分布不是Zachariasen连续随机网络，而是类似于竞争（纳米）晶体模型。根据观察，作者构建了一个相应的模型，该模型能够对单层无定形碳的性质进行密度泛函理论计算。直接测量证实它是绝缘的，其电阻率值类似于通过化学气相沉积法生长的氮化硼的电阻率值。独立的单层无定形碳出奇地稳定，并变形为高断裂强度，而从断裂点开始没有裂纹扩展。这种稳定，独立的单层无定形碳的出色物理性能可证明对磁记录设备和柔性电子设备等应用中的渗透和扩散阻挡层有用。

文献链接：

Synthesis and properties of free-standing monolayer amorphous carbon

(Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-019-1871-2).

3.Nature:通过2D半导体⁶LiInP₂Se₆直接热中子检测

高效的中子探测器在许多领域至关重要，包括国家安全，医学，晶体学和天文学。当前使用的主要中子检测技术包括用于热中子的氦气比例计数器和闪烁器。半导体可以提供下一代中子探测器，因为它们的优势可以使其与现有探测器竞争或优于现有探测器。具有高浓度的高中子俘获核素（例如⁶Li，¹⁰B）的固体可用于开发具有高固有效率的较小探测器。但是，到目前为止，还没有报道有希望的材料用于直接转换半导体检测器的构造。

美国西北大学的Mercouri G. Kanatzidis对半导体LiInP₂Se₆进行了报道，并展示了其作为直接检测室温下的热中子的候选材料的潜力。该化合物具有良好的热中子俘获截面，合适的带隙（2.06电子伏特）和有利的电子能带结构，可有效地传输电子。作者使用来自²⁴¹Am来源的α粒子作为中子俘获反应的替代物，并确定紧凑的二维（2D）LiInP₂Se₆检测器分辨出了全能量峰，能量分辨率为13.9％。使用富含⁶Li（95％）的LiInP₂Se₆探测器并具有全峰分辨率，可以从温和的Pu-Be来源直接中子探测。我们预计这些结果将引起人们的关注，并能够用基于半导体的中子探测器取代³He计数器。

文献链接：

Direct thermal neutron detection by the 2D semiconductor ⁶LiInP₂Se₆.

(Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-019-1886-8)

4.Nature:非范德华固体转化为2D过渡金属硫属元素化物

尽管已经使用诸如剥落和气相生长等技术广泛合成了二维（2D）原子层，例如过渡金属硫属元素化物，但获得相控2D结构仍然具有挑战性。

北京航空航天大学的杨树斌和莱斯大学的Pulickel M. Ajayan通过逐步将非范德华（non-vdW）固体转变为具有2H（三角形棱柱）/1T（八面体）相的2d vdW过渡金属硫属化物层，证明了一种有效的合成策略。通过将非vdW固体暴露于硫属元素蒸气中而实现的转化，可以使用反应产物的焓和蒸气压来控制。杂原子取代的（例如钇和磷）过渡金属硫族化物也可以通过这种方式合成，从而使通用的合成方法能够工程化选择的2D过渡金属硫族化物结构，并在高温下（高达1,373开尔文）具有良好的稳定性。并实现单层的高通量生产。作者预计这些二维过渡金属硫族化物将在电子，催化和能量存储方面具有广泛的应用。

文献链接：

Conversion of non-van der Waals solids to 2D transition-metal chalcogenides.

(Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-019-1904-x)

5.Nature:自下而上的快速大量石墨烯合成

大多数块状石墨烯是通过自顶向下的方法生产的，将石墨剥落，而石墨通常需要大量的溶剂才能进行高能混合，剪切，超声处理或电化学处理。尽管将石墨化学氧化为氧化石墨烯可促进剥离，但它需要苛刻的氧化剂，并在随后的还原步骤后使石墨烯具有缺陷的穿孔结构。如果通过化学气相沉积或先进的合成有机方法进行，则自下而上的高质量石墨烯合成通常会被限制为超少量，或者如果在本体溶液中进行，则其将提供缺陷密集的结构。

莱斯大学的Rouzbeh Shahsavari和James M. Tour证明了对廉价碳源（例如煤，石油焦，生物炭，炭黑，废弃食品，橡胶轮胎和混合塑料废料）进行的焦耳加热可以在不到一秒钟的时间内获得克级的石墨烯。在用于生产石墨烯的过程之后，该产品命名为快速石墨烯（FG），在堆叠的石墨烯层之间显示出涡轮层状排列（即，很少有序）。FG合成不使用炉子，也不使用溶剂或反应性气体。产量取决于来源的碳含量。当使用高碳源（例如炭黑，无烟煤或煅烧焦炭）时，收率范围为80％至90％，碳纯度大于99％。无需纯化步骤。拉曼光谱分析表明，FG的强度低或不存在D谱带，表明FG具有迄今报道的石墨烯缺陷浓度最低的缺陷浓度，并且限制了FG的涡轮层堆积，这明显不同于涡轮层石墨。FG层的无序取向有助于其在复合材料形成过程中混合时快速脱落。FG合成的电能成本仅为每克7.2千焦耳，这使得FG适用于塑料、金属、胶合板、混凝土和其他建筑材料的散装复合材料。

文献链接：

Gram-scale bottom-up flash graphene synthesis.

(Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-1938-0)

6.Nature:Cu(111)上的晶圆级单晶六方氮化硼六方氮化硼单层

超薄二维（2D）半导体层状材料为扩展摩尔定律在集成电路中的晶体管数量提供了巨大的潜力。2D半导体的一个主要挑战是避免从相邻的电介质形成电荷散射和捕获位点。六方氮化硼（hBN）的绝缘范德华层提供了出色的界面电介质，有效地减少了电荷散射。最近的研究表明，熔融金表面或块状铜箔上单晶hBN薄膜的生长。然而，由于熔融金的高成本，交叉污染以及过程控制和可扩展性的潜在问题，因此不被工业所青睐。铜箔可能适用于卷对卷工艺，但不太可能与晶圆上的先进微电子制造兼容。因此，可靠的直接在晶圆上生长单晶hBN薄膜的方法将有助于在工业中广泛采用2D层材料。先前在Cu（111）金属上生长hBN单层的尝试未能实现单向，当这些层合并成薄膜时会导致有害的晶界。人们甚至认为从理论上讲，在诸如Cu（111）这样的高对称性表面上生长单晶hBN是不可能的。

台积电、台湾国立交通大学和美国莱斯大学的研究人员报道了在两英寸c面蓝宝石晶片上的Cu（111）薄膜上成功完成了单晶hBN单层的外延生长。第一性原理计算结果证实了这一令人惊讶的结果，表明通过hBN横向对接至Cu（111）步骤可增强外延生长，从而确保hBN单层的单向性。所获得的单晶hBN在底栅结构中作为二硫化钼和二氧化ha之间的界面层并入，提高了晶体管的电性能。这种生产晶圆级单晶hBN的可靠方法为将来的2D电子学铺平了道路。

文献链接：

Wafer-scale single-crystal hexagonal boron nitride monolayers on Cu(111).

(Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2009-2)

7.Science:莫尔异质结构中的本征量化异常霍尔效应

量子异常霍尔（QAH）效应结合了拓扑结构和磁性，可在零磁场下产生精确量化的霍尔电阻。加州大学圣巴巴拉分校的A. F. Young报道了在扭曲的双层石墨烯对准六方氮化硼中QAH效应的观察。该效应是由固有的强相互作用驱动的，该相互作用将电子极化为Chern数C=1的单个自旋和谷分辨莫尔微带。与磁掺杂系统相比，所测量的输运能隙大于居里温度以实现磁有序化，并且在零磁场下，量化到von Klitzing常数的0.1％以内的情况持续到几个开尔文的温度。小至1 nA的电流可控制地在相反极化状态之间切换磁阶，从而形成可电重写的磁存储器。

文献链接：

Intrinsic quantized anomalous Hall effect in a moiré heterostructure.

(Science, 2020, DOI: 10.1126/science.aay5533)

8.Nature:具有2D材料神经网络图像传感器的超快机器视觉

机器视觉技术在近年来取得了长足的进步，并已成为各种智能系统（包括自动驾驶汽车和机器人技术）的组成部分。通常，视觉信息由基于帧的相机捕获，然后转换为数字格式，然后使用诸如人工神经网络（ANN）的机器学习算法进行处理。但是，通过整个信号链的大量（大部分是冗余的）数据会导致低帧速率和高功耗。因此已经开发了各种视觉数据预处理技术以提高ANN中后续信号处理的效率。维也纳工业大学的Lukas Mennel和Thomas Mueller证明了图像传感器本身可以构成一个ANN，它可以同时感测和处理光学图像而没有延迟。这个设备基于可重构的二维（2D）半导体光电二极管阵列，网络的突触权重存储在连续可调的光响应矩阵中。文章展示了有监督和无监督的学习方法，并训练传感器对光学投影到芯片上的图像进行分类和编码，处理能力为每秒2000万个仓位。

文献链接：

Ultrafast machine vision with 2D material neural network image sensors.

(Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2038-x)

9.Nature:莫尔超晶格中可调谐的相关Chern绝缘子和铁磁性

在强磁场中对二维电子系统的研究表明，量子霍尔效应是一种物质的拓扑状态，具有有限的Chern数C和手性边缘态。霍尔丹后来理论认为，即使在零磁场下，具有整数量子霍尔效应的Chern绝缘子也可能出现在具有复杂跳变参数的晶格模型中。ABC三层石墨烯/六方氮化硼（ABC-TLG / hBN）莫尔超晶格为探索Chern绝缘子提供了一个诱人的平台，因为它具有接近脂肪的莫尔微带，具有随谷而定的电可调Chern数。

加州大学伯克利分校的王枫教授、斯坦福大学David Goldhaber-Gordon和复旦大学的张远波在ABC-TLG/hBN莫尔条纹超晶格中相关Chern绝缘子的实验观察。文章显示，反转施加的垂直电场强度的方向会在零和有限的Chern数之间切换ABC-TLG/hBN的莫尔条纹微带，如磁传输行为的巨大变化所揭示。对于调整为具有有限Chern数的拓扑孔微带，作者将重点放在四分之一颤动上，对应于每个摩尔纹单位单元一个孔。霍尔电阻在h/2e²处得到了很好的量化（其中h是普朗克常数，e是电子上的电荷），对于超过0.4特斯拉的磁场而言，这意味着C=2。相关的Chern绝缘子是铁磁的，在零磁强时表现出明显的磁滞现象和大的异常Hall信号。作者在零磁场下发现的C=2 Chern绝缘子应该会为发现相关的拓扑状态（可能是拓扑激发）提供机会。

文献链接：

Tunable correlated Chern insulator and ferromagnetism in a moiré superlattice.

(Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2049-7)

10.Nature:石墨烯不透气性的限制

尽管只有一个原子的厚度，但无缺陷的石墨烯被认为对所有气体和液体都是完全不可渗透的。该结论是基于理论的，并得到了实验的支持，这些实验无法在每秒10⁵至10⁶个原子的检出限内检测出通过微米级膜的气体渗透。武汉大学袁₂声军和英国曼彻斯特曼彻斯特大学A. K. Geim使用用石墨烯紧密密封的小型单晶容器，文章显示出无缺陷的石墨烯是不可渗透的，其精度比以前的实验高八到九个数量级。能够辨别（但没有观察到）每小时只有几个氦原子的渗透，并且此检出限对所有测试的其他气体（氖气，氮气，氧气，氩气，k气和氙气）均有效，氢气除外。氢显示出明显的渗透性，即使其分子大于氦且应经历更高的能垒。令人费解的观察结果归因于一个两阶段过程，该过程涉及在催化活性石墨烯波纹处解离分子氢，然后以约1.0电子伏特的相对较低活化能将吸附的原子吹到石墨烯片的另一侧，该值接近以前报道的质子运输。这个工作为二维材料的不可渗透性提供了关键参考，并且从基本角度及其潜在应用方面而言非常重要。

文献链接：

Limits on gas impermeability of graphene.

(Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2070-x)

11.Nature:WSe₂/WS₂莫尔超晶格中的莫特和广义Wigner晶体态

莫尔超晶格可用于工程化二维范德华异质结构中的强相关电子态，正如最近在魔角扭曲双层石墨烯和ABC三层石墨烯/氮化硼莫尔超晶格中观察到的相关绝缘和超导态所证明的那样。过渡金属二卤化硅莫尔异质结构因其强的光-质相互作用和大的自旋-轨道耦合而为研究相关的量子现象提供了另一个模型系统。然而，用传统的运输技术对该系统中相关绝缘状态的实验观察是具有挑战性的。

加州大学伯克利分校的王枫报道半导体WSe₂/WS₂莫尔超晶格中强相关相的光学检测。作者使用一种灵敏的光学检测技术，揭示了每个超晶格位置一个孔处的Mott绝缘子状态，以及超晶格1/3和2/3弯曲处令人惊讶的绝缘相，作者将其分配给下层晶格上的广义Wigner结晶。此外，过渡金属二氢异氰酸酯异质结构的自旋谷光学选择规则使我们能够光学地创建和研究莫特绝缘子中低能激发的自旋态。作者在Mott绝缘状态下测量了很长的微秒自旋弛豫寿命，比电荷激发的寿命长几个数量级。这个研究强调了使用超越石墨烯的莫尔超晶格来探索相关物理的价值。

文献链接：

Mott and generalized Wigner crystal states in Wse₂/WS₂ moiré superlattices.

(Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2092-4)

12.Nature:二维范德华力异质结构阵列的一般合成

二维范德华力异质结构（vdWH）引起了人们的极大兴趣。但是，到目前为止，大多数报告的vdWH都是由艰巨的微机械剥落和手动重新堆叠过程创建的，尽管这种过程对于概念验证演示和基础研究来说是通用的，但显然对于实际技术而言是不可扩展的。

湖南大学段曦东和加州大学洛杉矶分校的段镶锋报道了在金属过渡金属二硫代双胍（m-TMDs）和半导体TMD（s-TMDs）之间的二维vdWH阵列的一般合成策略。通过选择性地对单层或双层s-TMD上的成核位点进行构图，作者可以在预定的空间位置以可设计的周期性排列和可调整的横向尺寸精确控制各种m-TMD的成核和生长，从而产生一系列vdWH阵列，包括VSe₂/WSe₂，NiTe₂/WSe₂，CoTe₂/WSe₂，NbTe₂/WSe₂，VS₂/WSe₂，VSe₂/MoS₂和VSe₂/WS₂。系统扫描透射电子显微镜研究表明，近乎理想的vdW界面具有可广泛调节的莫尔超晶格。借助原子清洁的vdW接口，作者进一步证明了m-TMD作为底层WSe₂的高度可靠的合成vdW触点，具有出色的器件性能和良率，在双层WSe₂中提供了高达900微安/微米的高导通电流密度晶体管。这种多样化的二维vdWH阵列的一般综合为探索奇异物理提供了通用的材料平台，并有望为高性能设备提供可扩展的途径。

文献链接：

General synthesis of two-dimensional van der Waals heterostructure arrays.

(Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2098-y)

13.Nature:莫尔异质结构中的强相关电子和混合激子

二维材料及其异质结构构成了研究相关电子状态以及激子的多体物理学的有前途的平台。在扭曲的石墨烯双层上的传输测量结果显示，存在许多相互缠结的电子相，包括莫特绝缘体，奇怪的金属和超导体。然而，迄今仍未探索在光谱学中如此强的电子相关性的特征。

ETH的Yuya Shimazaki和Atac Imamoglu提供的实验显示了如何通过流动电子动态筛选形成激子-极化子的激子，可以用作研究相互作用诱导的电子不可压缩状态的光谱工具。作者研究了二硒化钼/六方氮化硼/二硒化钼的异质结构，该结构表现出长的莫尔条纹超晶格，这一点由相干的空穴隧道介导的层间激子与三个层间激子共振相隔约五个毫电子伏特的相干空穴交叉避免。对于对应于最低摩尔纹子带半跃的电子密度，我们观察到强层伪自旋顺磁性，这通过在施加小的垂直电场的情况下将全部（约1,500个）电子从一个二硒化钼层突然转移到另一层来证明。值得注意的是，每个二硒化钼层在半翻转时的电子态对所施加的电场对电荷的重新分布具有回弹力，表明电子具有不可压缩的莫特式态。这个实验表明，光谱学为研究本体中高度相关的电子物理学提供了强大的工具，并为研究简并电子和偶极激子的Bose-Fermi混合物铺平了道路。

文献链接：

Strongly correlated electrons and hybrid excitons in a moiré heterostructure.

(Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2191-2)

14.Nature:二维卤化物钙钛矿横向外延异质结构

基于氧化物钙钛矿，III-V，II-VI和过渡金属二硫化碳半导体的外延异质结构构成了现代电子学和光电子学的基础。卤化钙钛矿对于诸如溶液处理的太阳能电池，发光二极管，检测器和激光器等应用具有吸引力。它们固有的软晶格允许更大的晶格失配容忍度，使其有望用于异质结构形成和半导体集成。原子尖锐的外延界面对于改善性能和设备小型化是必需的。但是，由于卤化物钙钛矿的原子尖锐的异质结构的外延生长尚未实现，这是由于它们的固有离子迁移率高，这导致相互扩散和较大的结宽，并且由于它们的化学稳定性差，导致在沉积过程中先前层的分解后续层的制造。因此，了解这种不稳定性的根源并确定抑制离子扩散的有效方法非常重要。

普渡大学的Brett M. Savoie和普渡大学窦乐天以及上海科技大学的于奕报道一种有效的策略，通过结合刚性的π-共轭有机配体，基本上抑制了二维卤化物钙钛矿中的面内离子扩散。作者展示了高度稳定和可调的横向外延异质结构，多异质结构和超晶格。低剂量像差校正的高分辨率透射电子显微镜揭示了近原子尖锐的界面和外延生长。分子动力学模拟证实了在共轭配体存在下二维钙钛矿的减少的异质结构紊乱和更大的空位形成能。这些发现为卤化钙钛矿半导体的固定和稳定化提供了见识，并展示了用于复杂且分子薄的超晶格，器件和集成电路的材料平台。

文献链接：

Two-dimensional halide perovskite lateral epitaxial heterostructures.

(Nature, 2020, DOI: 10.1038/ s41586-020-2219-7)

15.Nature:通过自嵌入工程共价键结合的2D层状材料

二维（2D）材料提供了一个独特的平台，可从该平台探索拓扑和多体现象的物理原理。通过使用嵌入剂填充2D材料的范德华间隙可以产生新的特性；但是，生长后插层通常仅限于碱金属。

新加坡国立大学的罗建平、Stephen J. Pennycook和中山大学的罗鑫显示出在生长过程中，本机原子自插入双层过渡金属二卤化物中会产生一类超薄的共价键合材料，并将其命名为ic-2D。这些材料的化学计量比由范德华兹间隙中八面体空位的周期性占据模式决定，它们的性质可以通过改变羽状位点的覆盖率和空间排列来调整。通过在高金属化学势下进行生长，作者可以得到一系列钽嵌入的TaS(Se)_y，包括25％的Ta嵌入Ta₉S₁₆、33.3％的Ta₇S₁₂嵌入，50％的Ta₁₀S₁₆嵌入，66.7％的Ta嵌入Ta₈Se₁₂（形成Kagome晶格）和100％Ta嵌入的Ta₉Se₁₂。在其中一些插入相中检测到铁磁有序。作者还证明了自插V₁₁S₁₆，In₁₁Se₁₆和Fe_xTe_y可以在富含金属的条件下生长。这个工作建立了自我嵌入作为一种方法，通过该方法可以生长具有化学计量或成分相关特性的新型2D材料。

文献链接：

Engineering covalently bonded 2D layered materials by self-intercalation.

(Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2241-9)

16.Nature:映射魔角石墨烯中的扭曲角紊乱和Landau能级

最近发现的电子带以及魔术角扭曲双层石墨烯（MATBG）中的强相关和超导相至关重要地取决于层间扭曲角θ。尽管已经证明以大约0.1度的精度控制全局θ，但是关于局部扭转角的分布的信息很少。

魏茨曼科学研究院的E. Zeldov和麻省理工的P. Jarillo-Herrero使用纳米级尖端扫描超导量子干涉装置（SQUID-on-tip）来获取处于量子霍尔态的朗道能级的断层图像，并绘制六方氮化硼（hBN）封装的MATBG中的局部θ变化图。相对精度优于0.002度且空间分辨率只有几个莫尔周期的设备。作者发现了θ紊乱程度与MATBG传输特性的质量之间的相关性，并表明，即使是具有相关状态，Landau风扇和超导性的最先进的设备，也显示出高达θ的局部局部变化。作者观察到MATBG中的相关状态相对于扭曲角异常特别脆弱。他们还证明了θ的梯度会产生大的栅极可调面内电磁场，即使在金属区域也不会被屏蔽，这会通过在样品的大部分区域中形成边缘通道而深刻改变量子霍尔态，并且可能会影响相图。相关和超导状态。因此，作者确立了θ紊乱作为一种非常规类型的紊乱的重要性，这种紊乱使得能够将扭曲角梯度用于带状结构工程，实现相关现象以及用于设备应用的门可调内置平面电场。

文献链接：

Mapping the twist-angle disorder and Landau levels in magic-angle graphene.

(Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2255-3)

17.Science：魔角扭曲双层石墨烯中的电子跃迁级联

魔角扭曲的双层石墨烯具有多种电子状态，包括相关的绝缘体，超导体和拓扑相。了解造成这些相的微观机制需要确定电子与电子相互作用与量子简并性之间的相互作用（后者是由于自旋和谷自由度所致）。在最近的光谱测量中，在电子谱带的部分杂物中观察到了强电子-电子相关性的特征，运输实验表明杂物中的朗道能级简并性的变化对应于每个摩尔单元格电子的整数。但是，目前尚不清楚相互作用效应与系统退化之间的相互作用。

普林斯顿大学的Ali Yazdani报道了使用高分辨率扫描隧道显微镜确定的魔角扭曲双层石墨烯的光谱性质随电子跃迁的级联过渡。作者发现，在莫尔条纹的每个整数波动中，化学势都有明显变化，并且低能激发发生了重排。这些光谱特征是库仑相互作用的直接结果，库仑相互作用将简并的脂肪谱带划分为哈伯德子谱带。这些相互作用，可以通过实验来提取它们的强度，从而对垂直磁场的存在异常敏感，这强烈地改变了光谱跃迁。作者在此报告的级联转变表征了相关的高温母相，在低温下魔术角扭曲的双层石墨烯中会出现各种绝缘和超导基态相。

文献链接：

Cascade of electronic transitions in magic-angle twisted bilayer graphene.

(Science, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2339-0)

18.Nature:扭曲的α-MoO₃双层中的拓扑极化子和光子魔术角

扭曲的二维双层材料表现出许多奇特的电子现象。操纵两层之间的“扭转角”可以控制电子能带结构，从而产生魔角超导性，莫尔激子的形成和层间磁性。但是，对于光子这种概念的展示有限。

新加披国立大学的Cheng-Wei Qiu、纽约城市大学的Andrea Alu和莫纳什大学的Qiaoliang Bao展示了类似的原理如何与极端各向异性相结合，实现了对范德华双层中声子极化子的光子色散的控制和操纵。实验观察到在两层α相三氧化钼（α-MoO₃）中，当层之间的旋转处于光子魔术扭曲角时会发生从开放（双曲线）到封闭（椭圆）色散轮廓的可调拓扑过渡。这些转变是由极化子杂交诱导的，并受拓扑量控制。在过渡处，双层分散体表现出低损耗的可调谐极化子渠化和无分数传播，分辨率小于λ₀/40，其中λ₀是自由空间波长。这个发现将反旋和波纹技术扩展到纳米光​​子学和极化电子学，并在纳米成像，纳米级光传播，能量转移和量子物理学中具有潜在的应用。

文献链接：

Topological polaritons and photonic magic angles in twisted α-MoO₃ bilayers.

(Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2359-9)

19.Nature：魔角石墨烯的相变级联和狄拉克恢复

接近魔角的扭曲双层石墨烯展现出丰富的电子相关物理特性，显示出绝缘，磁性和超导相。预计该系统的电子带在魔术角附近会明显变窄，从而导致各种可能破坏对称的基态。

魏茨曼科学研究院的S. Ilani和麻省理工的P. Jarillo-Herrero使用对局部电子可压缩性的测量，结果显示这些相关的相位源自具有高能态且具有不正常的频带总数。当将载波添加到系统中时，对应于自旋和谷底自由度的四个电子“偏爱”不会平等地偏离。相反，它们是通过一系列尖锐的相变填充的，这些相变表现为摩尔纹晶格整形附近电子可压缩性的强烈不对称跳跃。在每次过渡时，一次自旋/谷偏向会使所有载子从其部分羽翼未丰的同伴中移出，将它们“重置”到电荷中性点附近。结果，在每次整数翻转之后，在电荷中性附近观察到的类似狄拉克的特征再次出现。测量接近闪变因子的化学势的面内磁场强度依赖性显示出很大的自发磁化强度，进一步证实了对称断开级联的情况。在远高于超导和相关绝缘状态开始的温度下观察到相变和狄拉克恢复的序列。这表明我们在此报告的状态具有强烈破坏的电子偏爱对称性和复活的狄拉克样电子特征，在魔角石墨烯的物理学中很重要，形成了一种母态，在该母态中，脆弱的超导和相关绝缘基态出现。

文献链接：

Cascade of phase transitions and Dirac revivals in magic-angle graphene.

(Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2373-y)

本文由tt供稿。

本内容为作者独立观点，不代表材料人网立场。

未经允许不得转载，授权事宜请联系kefu@cailiaoren.com。

欢迎大家到材料人宣传科技成果并对文献进行深入解读，投稿邮箱: tougao@cailiaoren.com.

投稿以及内容合作可加编辑微信：cailiaorenVIP。