物理学家们开发出了一种精确排列超级漩涡晶格的技术，彻底改变了下一代摩尔量子物质的发展潜力。新加坡国立大学（NUS）的物理学家开发出一种技术，利用一套黄金法则精确控制超漩涡晶格的排列，为下一代摩尔量子物质的发展铺平了道路。

时钟模型显示了时针（顶部 hBN）、分针（中间石墨烯）和秒针（底部 hBN）之间的旋转排列。顶部石墨烯、中部石墨烯和底部石墨烯的组合在时钟中心形成了超漩涡晶格结构。资料来源：新加坡国立大学

超级摩尔纹

当两个完全相同的周期性结构重叠在一起，它们之间有一个相对的扭转角，或者两个不同的周期性结构重叠在一起，但有或没有扭转角时，就会形成摩尔纹。扭转角是指两种结构的晶体学取向之间的夹角。例如，当石墨烯和六方氮化硼（hBN）这两种层状材料相互叠加时，两种结构中的原子并不完全对齐，从而产生一种干涉条纹图案，称为摩尔纹。这就产生了电子重构。

石墨烯和氢化硼中的摩尔纹已被用于创造具有奇特性质的新结构，如拓扑电流和霍夫斯塔特蝴蝶态。当两个摩尔纹叠加在一起时，就会产生一种称为超摩尔纹晶格的新结构。与传统的单一摩尔纹材料相比，这种超级摩尔纹晶格扩大了可调材料特性的范围，从而有可能应用于更多领域。

新加坡国立大学物理系的成果

新加坡国立大学物理系 Ariando 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 超漩涡晶格的受控排列。这项技术可以精确地排列两个摩尔纹图案，一个在另一个之上。同时，研究人员还制定了"黄金三法则"，以指导如何使用他们的技术来创建超级漩涡晶格。

研究成果最近发表在《自然-通讯》（Nature Communications）杂志上。

石墨烯与顶层六方氮化硼（T-hBN）和底层六方氮化硼（B-hBN）之间形成的具有扭曲角度（θt 和 θb）的超漩涡晶格的艺术图解。轻微的错位导致了超漩涡晶格图案的形成。来源：《自然-通讯

挑战与解决方案

创建石墨烯超褶皱晶格面临三大挑战。首先，传统的光学配准在很大程度上依赖于石墨烯的直边，但要找到合适的石墨烯薄片费时费力；其次，即使使用直边石墨烯样品，由于其边缘手性和晶格对称性的不确定性，获得双配准超oiré晶格的概率也很低，只有1/8。第三，虽然可以确定边缘手性和晶格对称性，但对齐误差往往很大（大于 0.5 度），因为对齐两种不同的晶格材料具有物理挑战性。

研究论文的第一作者胡俊雄博士说："我们的技术有助于解决现实生活中的问题。许多研究人员告诉我，制作一个样品通常需要近一周的时间。有了我们的技术，他们不仅可以大大缩短制作时间，还能大大提高样品的精确度"。

技术见解

科学家们首先使用"30°旋转技术"来控制顶部氢化硼和石墨烯层的对齐。然后，他们使用"翻转技术"来控制顶部 hBN 层和底部 hBN 层的对齐。基于这两种方法，他们可以控制晶格对称性并调整石墨烯超漩涡晶格的带状结构。他们还证明，邻近的石墨边缘可以作为堆叠排列的导向。在这项研究中，他们制作了 20 个摩尔纹样品，精度优于 0.2 度。

Ariando 教授说："我们已经为我们的技术确立了三条黄金法则，这可以帮助二维材料界的许多研究人员。许多研究其他强相关系统（如魔角扭曲双层石墨烯或 ABC 堆积多层石墨烯）的科学家也有望从我们的工作中受益。通过这一技术改进，我希望能加速下一代摩尔量子物质的发展。"

未来的努力

目前，研究团队正在利用这项技术制造单层石墨烯超漩涡晶格，探索这种材料体系的独特性质。此外，他们还在将目前的技术推广到其他材料系统，以发现其他新奇的量子现象。