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原創丨彤心未泯（學研匯 技術中心）
編輯丨風云
扭曲二維材料中的莫爾超晶格作為按需實現量子特性的平臺，引起了廣泛的關注。然而，莫爾圖案對層間原子高度敏感，目前的組裝技術存在平均扭轉角控制不精確、局部扭轉角空間不均勻以及隨機應變引起的扭曲等問題。
有鑒于此，哥倫比亞大學Cory R. Dean等人使用原子力顯微鏡的尖端，通過單層帶的面內彎曲來操縱異質和同質雙層中的莫爾圖案。該技術實現了扭轉角的連續變化，并改善了扭轉角的均勻性并減少了隨機變化，從而產生具有可調波長和超低無序性的莫爾圖案。該結果可以實現對超低無序莫爾系統的詳細研究和精確應變工程設備的實現。
彎曲2D材料帶
作者展示了彎曲過程的示意圖，說明了六方氮化硼(hBN)基板上彎曲單層石墨烯(bMLG)帶的情況。使用原子力顯微鏡尖端，通過形貌成像和納米操縱的循環直接控制帶的位移。彎曲過程既可逆又穩健，將帶材彎曲和伸直幾度，而不會出現塑性變形。測量莫爾波長提供了一種直接確定局部扭轉角的方法。此外，作者進一步探索了彎曲方法的局限性。
圖 二維材料的機械彎曲和扭轉角度控制
測繪應變
應變分析表明彎曲幾何結構允許通過選擇帶寬度和最大位移來有效地單獨編程扭轉角和應變梯度。通過使用（納米）角分辨光電子能譜證實了這種獨立調諧。對莫爾圖案的分析實現了局部應變場以及扭曲角的繪制。根據莫爾圖案的扭曲測量的場和根據位移曲線計算的應變，正如預期的那樣，較寬的帶材可顯著減小應變梯度，從而證實了使用bMLG寬度來獨立于扭轉角調整應變梯度的能力。
圖 可調應變梯度
大扭轉角莫爾波長
對于大扭轉角（> 5°），產生的莫爾波長低于分辨率極限。對于這些系統，可以通過光學測量來探測應變。作者展示了hBN上的bMLG，其中在PFM掃描中未檢測到莫爾條紋，這表明扭轉角大于 10°。從拉曼光譜中根據2D峰的位置提取了相應應變圖，預計每百分比應變會有約27 cm–1的位移。hBN上的彎曲單層二硒化鎢(WSe2)帶展示了將該技術應用于石墨烯以外的二維材料的能力。
圖 無需莫爾放大的應變表征
bBLG超低紊亂
利用彎曲幾何形狀來制造扭曲雙層石墨烯，其扭曲角通過魔角連續變化。真實空間圖像顯示出明顯均勻的莫爾圖案，幾乎沒有扭曲角度變化或明顯失真的證據。相同的局部和全局扭轉角梯度證實了沿bBLG的扭轉角演化在整個 bMLG 上是平滑且連續的。在將彎曲引起的扭轉角梯度確定為樣本中角度變化的主要來源后，開始將固有扭轉角無序估計為與全局扭轉角梯度的偏差，發現固有無序值為0.0074°，比使用撕裂和堆疊方法制備的傳統扭曲雙層石墨烯樣品獲得的結果低約三倍。
圖 超低無序扭曲雙層石墨烯
參考文獻：
MA?LLE KAPFER, et al. Programming twist angle and strain profiles in 2D materials. Science, 2023, 381(6658): 677-681
DOI: 10.1126/science.ade9995
https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade9995
