通过空间周期性电介质筛选在单层半导体中产生莫尔条纹

当两种取向或晶格常数略有不同的材料重叠时，就会形成莫尔图案。莫尔条纹引入了新的长度标尺以用于每一层中布洛赫电子的布拉格散射该长度标尺是原始材料晶格常数的许多倍。这导致莫尔条纹带和丰富突发现象，包括绝缘，超导，量子磁和云纹激子等等。这些结构中的莫尔带是由层间电子杂交或原子波纹产生的空间周期性电势产生的，这种效应的强度取决于两种材料之间的原子配准。有学者提出了一种创建莫尔条纹的新方法。电荷之间的电场线基本上在材料外部延伸。这导致电子能带结构，它是强烈地依赖于周围环境。通过设计环境介电函数ε可以使准粒子带隙能量从独立单层分子中降低100s meV。如果引入空间周期性的ε，则导带和价带边沿相反方向以相同的周期移动。这为电子和空穴形成莫尔带提供了长波长电势。该方法依赖于库仑相互作用的空间周期性电介质筛选，相互作用范围很广，并且可能通过ε进行栅极可调。

       近日，美国康奈尔大学应用与工程物理学院、机械工程系以及纳米科学学院卡夫里研究所Jie Shan Kin Fai Mak团队演示了通过环境介电工程在WSe2单层中产生的莫尔条纹。他们在六方氮化硼（hBN）上使用小角度未对准的石墨烯作为二维（2D）周期性电介质衬底。由于它们的晶格常数差异很小，当石墨烯和hBN旋转未对准时，它们会形成六边形的莫尔条纹超晶格。超晶格周期λ可通过失准角调节。由于石墨烯和WSe2之间的晶格失配较大（约25％），两层之间的旋转角度对能量的影响较小，可以插入薄的hBN间隔物以排除WSe2和石墨烯之间的任何潜在电子杂交。器件中的载流子密度可以通过由hBN电介质和石墨电极制成的背栅来改变。由于石墨烯的狄拉克点位于WSe2带隙内部的深处，因此对于整个实验可访问的栅极电压范围，电荷仅注入到石墨烯层中，并通过光学反射光谱法了WSe2的电子波段结构。相关研究发表在《Nature Materials》上。（钟雨豪）

文章链接：Xu, Y., Horn, C., Zhu, J. et al. Creation of moiré bands in a monolayer semiconductor by spatially periodic dielectric screening. Nat. Mater. (2021).
       https://doi.org/10.1038/s41563-020-00888-y