原創丨彤心未泯（學研匯 技術中心）

由具有相對扭轉角的原子級薄范德瓦爾斯晶體堆積形成的莫爾圖案可以引起顯著的新的物理性質。迄今為止，對莫爾材料的研究僅限于由不超過幾個范德瓦爾斯片組成的結構，因為通常認為局域在單個二維界面上的莫爾圖案不能顯著地改變三維晶體的性質。

有鑒于此，華盛頓大學Matthew Yankowitz等人對通過在薄的塊狀石墨晶體上輕微旋轉單層石墨烯片構建的雙門控器件進行了輸運測量。作者發現，莫爾勢改變了整個體相石墨薄膜的電子性質。在零場和小磁場下，輸運是由柵極可調的莫爾和石墨表面態以及不響應柵極的共存半金屬體態共同介導的。在高場下，由于石墨的兩個最低Landau能帶的獨特性質，莫爾勢與石墨體態發生雜化。這些Landau能帶有利于形成單一的準二維混合結構，其中莫爾態和體相石墨態密不可分地混合在一起。

伯納爾石墨和莫爾石墨的傳輸

本研究主要集中在扭曲的石墨烯-石墨。首先將伯納爾石墨與代表性扭曲石墨烯-石墨器件的傳輸特性進行比較。與在伯納爾石墨中的觀察相反，t1+10樣品中的傳輸根據掃描的柵極而有很大差異，結構的鏡像對稱性被表面旋轉的石墨烯片打破。源于石墨帶結構的莫爾條紋重建，標志著一系列表面局域莫爾條紋的形成，莫爾帶位于旋轉界面處的外石墨烯層上，當兩個柵極上的電壓大致為零時，電阻最大。研究表明傳輸主要由材料中的總自由電荷密度決定，即使柵極感應電荷主要集中在外表面。莫爾條紋樣本的相應測量揭示了輸運對選通的更復雜的依賴性。

圖1 Bernal石墨和莫爾石墨在零場下的比較

圖2 低場磁輸運和表面局域態的獨立門控

莫爾態和體態的混合

作者發現兩個表面上的電荷積累層并不直接相互雜化，由最近的柵極獨立控制。作者發現通過掃描單個門獲得的朗道扇形顯示出兩組不同的量子振蕩（QO）。

t1+Z石墨中的莫爾表面態在高場下形成Hofstadter帶，它必須順利地演變成整體的伯納爾石墨Landau帶。磁輸運測量表明，無間隙的體態仍然延伸到整個樣品，證實了它們對兩個柵極電壓的依賴性。隨著偏置進一步升高，電阻和QO預測對Vgr的依賴程度很弱。觀察結果表明，當偏置較小時，可以通過改變Vgr來摻雜莫爾帶，但當偏置較大時，Bernal面上的表面態會屏蔽改變Vgr的影響。

圖3 高場下莫爾條紋和塊狀石墨態的雜化

莫爾條紋改性

本工作的觀察結果對于t1+Z石墨是通用的，因為看到不同石墨厚度和扭曲角之間的定性相似性。作者顯示了在B=0.5?T時獲得的五個樣品的Rxx和Rxy圖，這些樣品的Bernal石墨成分范圍為Z=6至40 層。對于較厚的石墨，之字形電阻特征變得越來越模糊，但仍看到R~xy~中的振蕩似乎與ν的四倍倍數密切對應。在高場狀態下，看到t1+6和t1+17樣本的朗道扇形圖投影有類似的演變。

圖4 不同厚度和扭轉角石墨薄膜的莫爾條紋改性

審核編輯：湯梓紅