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研究快讯 | 转角四层二硫化钼莫尔超晶格中铁电序与关联态的耦合
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EXPRESS LETTER
Coupled Ferroelectricity and Correlated States in a Twisted Quadrilayer MoS2 Moiré Superlattice
Fanfan Wu (吴帆帆), Lu Li (李璐), Qiaoling Xu (徐巧玲), Le Liu (刘乐), Yalong Yuan (袁亚龙), Jiaojiao Zhao (赵交交), Zhiheng Huang (黄智恒), Xiaozhou Zan (昝晓洲), Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Dongxia Shi (时东霞), Lede Xian (冼乐德), Wei Yang (杨威), Luojun Du (杜罗军), and Guangyu Zhang (张广宇)
Chin. Phys. Lett. 2023 40 (4): 047303
DOI: 10.1088/0256-307X/40/4/047303
文章亮点
设计了同时包含转角AA和AB堆垛的四层MoS2莫尔超晶格器件，首次实现了铁电序和关联电子态之间的耦合，有助于推动不同莫尔物态之间的耦合和全新物性的发现。
图：转角四层莫尔超晶格器件及铁电关联电子态耦合。左：转角四层MoS2莫尔超晶格双栅器件示意图。相邻两层MoS2之间的转角依次被控制为~57°（AB堆垛）、~0°（AA堆垛）、~-57°（AB堆垛）。右上：莫尔整数填充处的关联绝缘态。右下：不同莫尔填充因子处的铁电极化强度。铁电极化在关联电子态下极大增强，表明两者之间的有效耦合。
转角四层二硫化钼莫尔超晶格中铁电序与关联态的耦合
研究背景
作为一种人工量子材料，二维莫尔超晶格为众多新奇的物理现象提供了一个高度可调的系统。比如，莫尔超晶格中平带的形成可极大增强电子关联相互作用，导致众多有趣新奇的拓扑和关联电子态：莫特绝缘态、铁电序、魏格纳晶态、非常规超导和轨道磁性等。同时，当莫尔超晶格与光耦合时，也为研究各种新奇的光子学和光电子现象，比如莫尔激子、可调谐量子光源和智能红外传感，提供了一个前所未有的平台。虽然莫尔物理学已经以惊人的速度取得了一系列令人瞩目的进展，然而当前的研究主要关注莫尔超晶格的单一物性，对于不同量子现象之间的耦合还基本没有研究。
内容简介
最近，中国科学院物理研究所张广宇研究员课题组及其合作者创新性地设计了同时包含转角AA和AB堆垛的四层MoS2莫尔超晶格器件，国际上首次观察到了铁电序和关联电子态之间的耦合相互作用。转角AB堆垛的双层MoS2莫尔超晶格具有关联电子态，却不会产生铁电态；而转角AA堆垛的双层MoS2莫尔超晶格则具有铁电序，但缺乏关联电子态。通过创新性地设计同时包含转角AA和AB堆垛的四层MoS2莫尔超晶格器件，其中相邻两层之间的夹角依次为~57°（AB堆垛）、~0°（AA堆垛）、~-57°（AB堆垛），实现了关联电子态和铁电序的同时观测。并且，铁电极化在关联电子态的时候最强，当莫尔填充因子调到非整数，也就是偏离关联电子态时，铁电极化急剧下降，表明铁电序和关联电子态之间的有效耦合。
研究意义和重要性
该工作证明了莫尔超晶格中不同量子特性之间的有效耦合，将为探索新的莫尔量子物态和应用提供全新的可能和机会。
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