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原创丨彤心未泯（学研汇 技术中心）
编辑丨风云
扭曲二维材料中的莫尔超晶格作为按需实现量子特性的平台，引起了广泛的关注。然而，莫尔图案对层间原子高度敏感，目前的组装技术存在平均扭转角控制不精确、局部扭转角空间不均匀以及随机应变引起的扭曲等问题。
有鉴于此，哥伦比亚大学Cory R. Dean等人使用原子力显微镜的尖端，通过单层带的面内弯曲来操纵异质和同质双层中的莫尔图案。该技术实现了扭转角的连续变化，并改善了扭转角的均匀性并减少了随机变化，从而产生具有可调波长和超低无序性的莫尔图案。该结果可以实现对超低无序莫尔系统的详细研究和精确应变工程设备的实现。
弯曲2D材料带
作者展示了弯曲过程的示意图，说明了六方氮化硼(hBN)基板上弯曲单层石墨烯(bMLG)带的情况。使用原子力显微镜尖端，通过形貌成像和纳米操纵的循环直接控制带的位移。弯曲过程既可逆又稳健，将带材弯曲和伸直几度，而不会出现塑性变形。测量莫尔波长提供了一种直接确定局部扭转角的方法。此外，作者进一步探索了弯曲方法的局限性。
图 二维材料的机械弯曲和扭转角度控制
测绘应变
应变分析表明弯曲几何结构允许通过选择带宽度和最大位移来有效地单独编程扭转角和应变梯度。通过使用（纳米）角分辨光电子能谱证实了这种独立调谐。对莫尔图案的分析实现了局部应变场以及扭曲角的绘制。根据莫尔图案的扭曲测量的场和根据位移曲线计算的应变，正如预期的那样，较宽的带材可显着减小应变梯度，从而证实了使用bMLG宽度来独立于扭转角调整应变梯度的能力。
图 可调应变梯度
大扭转角莫尔波长
对于大扭转角（> 5°），产生的莫尔波长低于分辨率极限。对于这些系统，可以通过光学测量来探测应变。作者展示了hBN上的bMLG，其中在PFM扫描中未检测到莫尔条纹，这表明扭转角大于 10°。从拉曼光谱中根据2D峰的位置提取了相应应变图，预计每百分比应变会有约27 cm–1的位移。hBN上的弯曲单层二硒化钨(WSe2)带展示了将该技术应用于石墨烯以外的二维材料的能力。
图 无需莫尔放大的应变表征
bBLG超低紊乱
利用弯曲几何形状来制造扭曲双层石墨烯，其扭曲角通过魔角连续变化。真实空间图像显示出明显均匀的莫尔图案，几乎没有扭曲角度变化或明显失真的证据。相同的局部和全局扭转角梯度证实了沿bBLG的扭转角演化在整个 bMLG 上是平滑且连续的。在将弯曲引起的扭转角梯度确定为样本中角度变化的主要来源后，开始将固有扭转角无序估计为与全局扭转角梯度的偏差，发现固有无序值为0.0074°，比使用撕裂和堆叠方法制备的传统扭曲双层石墨烯样品获得的结果低约三倍。
图 超低无序扭曲双层石墨烯
参考文献：
MAËLLE 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
