新热点？ 一个月发了7篇Nature、Science正刊子刊

最近几年，一个叫做superlattices的单词经常做客顶刊。那么什么是superlattices呢？

超晶格（superlattices）最初的概念是由Esaki和Tsu于1969年提出的：两种或两种以上的物质交替周期性地生长而成地层状材料。不仅半导体能形成超晶格材料，如GaAs/AlGaAs超晶格材料；金属也能形成超晶格材料，如Mn/Zn超晶格材料。

这篇文章为大家汇总了过去一月中超晶格在正刊子刊上发表的7篇文章，我们一起来了解一下这个材料的顶刊魅力。

1.哥伦比亚大学Sci. Adv.：氮化硼均质结构中可扭曲界面和垂直超晶格增强的可调谐二次谐波生成

对称性的破坏会在材料和界面处引起强烈的偶数阶非线性光学响应。与常规的共价键合非线性晶体不同，范德华（vdW）异质结构的特征在于可以以任意角度堆叠的层，从而完全控制了晶体界面处是否存在反转对称性。哥伦比亚大学报告了从可六角形氮化硼（BN）晶体的纳米机械旋转堆栈中产生的高度可调谐的二次谐波（SHG），并引入了术语扭曲光学来描述可扭曲vdW系统中光学特性的研究。通过抑制残留的体积效应，作者观察到SHG强度被调制超过50倍，并且偏振图案由莫尔界面对称性确定。最后，作者证明了具有多个对称断开界面的vdW垂直超晶格结构中的转换效率大大提高。这个研究为紧凑的光学光学体系结构铺平了道路，该体系结构旨在实现有效的可调频率转换，并证明了SHG作为埋入式vdW接口的可靠探测器。

文献链接：

Enhanced tunable second harmonic generation from twistable interfaces and vertical superlattices in boron nitride homostructures.

(Sci. Adv., 2021, DOI:10.1126/sciadv.abe8691)

2.北京理工大学Nat. Commun.：单层1T-NbSe₂中电荷密度波超晶格以外的Mott Hubbard能带模式的直接识别

了解莫特绝缘子和电荷密度波（CDW）对于基础物理学和未来的设备应用都是至关重要的。 但是，这两种现象之间的关系仍然不清楚，尤其是在接近二维（2D）极限的系统中。在这项研究中，北京理工大学利用扫描隧道显微镜/光谱法研究单层1T-NbSe₂，以阐明Mott上哈伯德带（UHB）的能量，并揭示自旋极化的UHB在空间上远离中心的dz2轨道分布 CDW单元。此外，除了通常观察到的CDW模式外，UHB还显示出√3×√3R30°周期性。此外，在Mott缝隙深处可以看到类似于CDW阶的图案，显示出CDW不受Mott Hubbard谱带的影响。 基于单层1T-NbSe₂中的这些发现，这个工作提供了单层2D系统中相关电子结构与集体电子结构之间关系的新颖见解。

文献链接：

Direct identification of Mott Hubbard band pattern beyond charge density wave superlattice in monolayer 1T-NbSe₂.

(Nat. Commun., 2021, DOI:10.1038/s41467-021-22233-w)

3.北京大学&浙江大学&南方科技大学Nat. Commun.：在PbTiO₃/SrTiO₃超晶格中产生极性反涡

非平凡的拓扑结构在凝结的物质中提供了丰富的空间，并有望为摩尔后电子设备提供替代的器件配置。虽然最近在人工设计的PbTiO₃/SrTiO₃超晶格内的受限铁电PbTiO₃中发现了许多极性拓扑，但很少关注可能的拓扑SrTiO₃中的极性结构。北京大学&浙江大学&南方科技大学通过在相场模拟的指导下精心设计其厚度，成功地在PbTiO₃/SrTiO₃超晶格的SrTiO₃中创建了以前未实现的极性反涡。磁场和热诱导的Kosterlitz-Thouless形拓扑相变也得到了证明，并且发现形成反涡的驱动力是静电的而不是弹性的。这项工作完成了极性拓扑中重要的缺失环节，扩展了拓扑结构的范围，并提供了搜索和操纵极性纹理的见解。

文献链接：

Creating polar antivortex in PbTiO₃/SrTiO₃ superlattice.

(Nat. Commun., 2021, DOI:10.1038/s41467-021-22356-0)

4.康奈尔大学&MIT：WSe₂/WS₂莫尔超晶格中的条纹相

自发地打破了电荷密度的旋转对称性的条带相出现在许多相互竞争的强相关系统中。但是，识别和研究这样的条带阶段仍然具有挑战性。康奈尔大学&MIT通过结合光学各向异性和电子可压缩性测量来揭示WSe₂/WS₂莫尔超晶格中的条纹相。作者发现，在较大的掺杂范围内，强电子各向异性在莫尔超晶格的1/2填充处达到峰值。1/2状态是不可压缩的，并分配给绝缘的条纹晶相。宽视场成像显示出沿莫尔超晶格高对称轴优先排列的畴构型。除了1/2填充，作者在1/4、2/5和3/5填充时观察到其他条纹晶体，在不适当填充时观察到可压缩的电子液晶态。实验结果表明，二维半导体莫尔超晶格是一个高度可调谐的平台，从该平台可以研究条纹相及其与其他对称断裂基态的相互作用。

文献链接：

Stripe phases in WSe₂/WS₂ moiré superlattices.

(Nat. Mater., 2021, DOI:10.1038/s41563-021-00959-8)

5.德克萨斯大学奥斯汀分校&维也纳工业大学&中科院半导体所Nat. Mater.：重建MoS₂莫尔超晶格中的声子重整化

在通过堆叠范德华材料形成的莫尔晶体中，可以通过扭转角的细微变化实现令人惊讶的各种相关电子相和光学特性。在这里，德克萨斯大学奥斯汀分校&维也纳工业大学&中科院半导体所发现声子光谱在MoS₂扭曲的双层中也被重新归一化，从而为摩尔纹物理增加了见识。在不同的小扭转角范围内，由于不同声子模式之间的超强耦合以及莫尔条纹的原子重构，声子光谱迅速发展。文章开发了一种用于声子的低能连续谱模型，该模型克服了计算大型莫尔超细胞特性的突出挑战，并成功地捕获了重要的实验观察结果。值得注意的是，简单的光谱实验可以提供有关具有纳米级超级电池的莫尔晶体的应变和晶格畸变的信息。该模型促进了对莫尔超晶格的结构，光学和电子特性的全面统一的理解。

文献链接：

Phonon renormalization in reconstructed MoS₂ moiré superlattices.

(Nat. Mater., 2021, DOI:10.1038/s41563-021-00960-1)

6.段曦东&段镶锋Nature：卷起范德华异质结构的高阶超晶格

二维（2D）材料和相关的范德华（vdW）异质结构通过逐层机械重新堆叠或顺序合成，为超越传统晶格匹配要求的限制集成不同的原子层提供了极大的灵活性。但是，到目前为止，探索的2D vdW异质结构通常仅限于具有少量块的相对简单的异质结构。由于与每个顺序重新堆叠或合成步骤相关的产量和材料损坏有限，具有大量交替单元的高阶vdW超晶格的制备成倍增加。段曦东&段镶锋报告了一种通过汇总vdW异质结构来实现高阶vdW超晶格的简单方法。文章表明，毛细作用力驱动的卷起过程可用于从生长基质中剥离合成SnS2/WSe2 vdW异质结构，并产生具有交替的WSe₂和SnS₂单层的SnS₂/WSe₂卷起，从而形成高阶SnS₂/WSe₂ vdW超晶格。这些超晶格的形成调节了电子能带结构和尺寸，从而导致传输特性从半导体到金属，从二维到一维（1D）以及与角度相关的线性磁阻转变。可以扩展此策略以创建各种2D/2D vdW超晶格，更复杂的2D/2D/2D vdW超晶格以及2D以外的材料，包括三维（3D）薄膜材料和1D纳米线，以生成混合尺寸的vdW超晶格，例如3D/2D，3D/2D/2D，1D/2D和1D/3D/2D vdW超晶格。这项研究证明了生产具有广泛变化的材料成分，尺寸，手性和拓扑结构的高阶vdW超晶格的通用方法，并为基础研究和技术应用定义了丰富的材料平台。

文献链接：

High-order superlattices by rolling up van der Waals heterostructures.

(Nature, 2021, DOI:10.1038/s41586-021-03338-0)

7.MIT Nature：由纳米粒子超晶格组装而成的宏观材料

已经提出了纳米粒子组装作为通过使用纳米级部件的选择来自下而上构建整个材料来对材料的层次组织进行编程的理想手段。由于化学成分，纳米级有序，微观结构和宏观形式都会影响物理性能，因此非常需要多尺度结构控制。然而，通常指示纳米粒子有序的化学相互作用并不能固有地提供任何在较大的长度尺度上操纵结构的手段。因此，基于纳米颗粒的材料开发需要加工策略来定制微观和宏观结构，而又不牺牲其自组装的纳米级排列。MIT演示了快速组装以克为单位的多面纳米颗粒超晶格微晶的方法，这些方法可以进一步类似于烧结大块固体的方式成型为宏观物体。该方法的关键进展是，控制纳米颗粒组装的化学相互作用在后续处理步骤中保持活跃，这使得在形成宏观材料时，可以保留颗粒的局部纳米级有序性。可以根据超晶格微晶的尺寸，化学组成和晶体对称性来调节散装固体的纳米结构和微观结构，并且可以通过随后的加工步骤来控制微观结构和宏观结构。因此，这项工作提供了一种通用的方法，可以同时控制分子到宏观长度尺度上的结构组织。

文献链接：

Macroscopic materials assembled from nanoparticle superlattices.

(Nature, 2021, DOI:10.1038/s41586-021-03355-z)

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