物理学家们发展出一种技术，可以精确对齐超莫尔叠层，从而彻底改变了下一代莫尔量子物质的潜力。

新加坡国立大学的物理学家们通过采用一组黄金法则，成功地研发出了一种精确控制超莫尔叠层对齐的技术，为下一代莫尔量子物质的进展铺平了道路。

超莫尔叠层

当两个相同的周期结构以相对扭曲角度重叠在一起，或者当两个不同的周期结构有或无扭曲角度地重叠在一起时，莫尔图案就形成了。扭曲角度是两个结构晶体学方向之间的夹角。例如，当层状材料石墨烯和六方氮化硼（hBN）相互重叠时，两个结构中的原子无法完美对齐，从而形成了一种干涉条纹的图案，称为莫尔图案。这导致了电子重构。

在石墨烯和hBN中的莫尔图案已经被用于创建具有奇特性质的新结构，如拓扑电流和霍夫斯塔特蝴蝶态。当两个莫尔图案堆叠在一起时，就会形成一种称为超莫尔叠层的新结构。与传统单一莫尔材料相比，这种超莫尔叠层扩展了可调节材料性质的范围，使其可以在更多种类的应用中发挥潜力。

新加坡国立大学物理系的阿利安多教授领导的研究团队开发了一种技术，并成功实现了hBN/石墨烯/hBN超莫尔叠层的精确对齐。这种技术可以精确排列两个莫尔图案，一个在另一个之上。同时，研究人员还制定了“三个黄金法则”，指导他们使用这种技术创建超莫尔叠层。

该研究成果最近发表在《自然通讯》期刊上。

挑战与解决方案

在创建石墨烯超莫尔格晶格过程中存在三个主要挑战。首先，传统的光学对准强烈依赖于石墨烯的直边，但是寻找合适的石墨烯片通常耗时且劳动密集；其次，即使使用直边的石墨烯样品，由于边沿的手性和晶格对称性的不确定性，获取双重对准的超莫尔格晶格的概率仅为1/8；第三，尽管可以确定边沿的手性和晶格对称性，但由于将两种不同晶格材料对准是一项具有物理挑战性的任务，对准误差通常较大（大于0.5度）。

该研究论文的主要作者胡俊雄博士表示：“我们的技术有助于解决实际问题。许多研究人员告诉我，制备样品通常需要近一周的时间。通过我们的技术，他们不仅可以极大地缩短制备时间，还可以大大提高样品的准确性。”

技术洞见

科学家们在开始时使用“30°旋转技术”来控制顶部hBN和石墨烯层的对准。然后，他们使用“翻转技术”来控制顶部hBN和底部hBN层的对准。基于这两种方法，他们可以控制晶格对称性并调节石墨烯超莫尔格晶格的能带结构。他们还表明，相邻的石墨边缘可以作为堆叠对准的指南。在这项研究中，他们制备了20个莫尔格样品，准确度优于0.2度。

阿里安多教授表示：“我们为我们的技术建立了三个黄金规则，这将有助于二维材料领域的许多研究人员。很多从事其他强相关系统研究，如魔角双层石墨烯或ABC堆叠多层石墨烯的科学家们也有望从我们的工作中受益。通过这种技术改进，我希望能加速下一代莫尔格量子材料的发展。”

未来的努力

目前，研究团队正在利用这种技术来制备单层石墨烯超莫尔格晶格，并探索这种材料系统的独特性质。此外，他们还将当前的技术扩展到其他材料系统，以发现其他新颖的量子现象。