上海交大，今年首篇Science！

2022年3月17日，美国麻省理工学院巨龙团队（麻省理工学院Yang Jixiang，Han Tianyi及上海交通大学陈国瑞为共同第一作者）在Science 在线发表题为“Spectroscopy signatures of electron correlations in a trilayer graphene/hBN moiré superlattice”的研究论文，该研究报告了使用傅里叶变换红外光电流光谱对双门控 TLG/hBN 的光谱测量。

该研究观察到莫尔微带之间的强烈光学跃迁，随着门控打开带隙而不断变窄，表明单粒子带宽减少。在价平带的半填充处，在约 18 毫电子伏特处出现一个宽吸收峰，表明通过新兴的莫特间隙直接光学激发。在第一导带的四分之一和半填充的其他两个相关绝缘状态中观察到类似的光电流光谱。总之，该研究结果为理解 TLG/hBN 中的电子相关性提供了 Hubbard 模型的关键参数。

二维 (2D) 材料的莫尔超晶格为设计和研究相关电子物理提供了一个多功能平台。通过额外的实验旋钮，如成分、扭转角和栅极电场，电子能带结构和电荷密度可以在这些合成量子材料中（原位）独立控制。结果，在二维莫尔超晶格中观察到超导性、相关绝缘态、轨道磁性和相关Chern绝缘体。这些观察产生了许多有趣的问题，例如相关绝缘状态的性质和超导机制，这需要系统的光谱学研究。

尽管已经对特定的魔角扭曲双层石墨烯 (MATBLG) 系统进行了几项光谱研究 ，但二维莫尔超晶格的实验一直以电子传输测量为主。应用额外的顶层进行封装（模拟环境的介电屏蔽，如在传输实验中）或双门控（与大多数二维莫尔超晶格相关）使得无法使用许多光谱表面科学中常用的技术，例如扫描隧道光谱和光电子能谱。为了对二维莫尔超晶格中的相关物理有一个基本的了解，开发可以访问掩埋异质结构的光谱技术，对于这一激动人心的研究前沿至关重要。

光学透射和反射光谱已被广泛用于研究传统强相关材料中的电子激发。然而，在莫尔超晶格中，电子能带和库仑间隙的相关能级比传统强相关材料中的对应能级要小得多（<50 meV）。因此，需要光子波长 >25 μm 的远红外光谱来探测莫尔超晶格中的相关电子激发。相应的束斑尺寸（使用唯一的宽带红外光源 Globar 时约为 1 mm）远大于典型的 2D 材料器件，这使得莫尔异质结构的红外反射和透射光谱极具挑战性。同时，栅极层中的红外吸收很容易超过感兴趣层的红外吸收，使得提取干净的信号变得更加困难。到目前为止，还没有红外光谱应用于顶栅二维莫尔超晶格。

ABC 堆叠 TLG/hBN 莫尔超晶格中的器件结构和带间光学跃迁（图源自Science ）

该研究报告了使用傅里叶变换红外光电流光谱对双门控 TLG/hBN 的光谱测量。 该研究观察到莫尔微带之间的强烈光学跃迁，随着门控打开带隙而不断变窄，表明单粒子带宽减少。

在价平带的半填充处，在约 18 毫电子伏特处出现一个宽吸收峰，表明通过新兴的莫特间隙直接光学激发。 在第一导带的四分之一和半填充的其他两个相关绝缘状态中观察到类似的光电流光谱。 总之，该研究结果为理解 TLG/hBN 中的电子相关性提供了 Hubbard 模型的关键参数。

参考消息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abg3036

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