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堆疊順序和扭曲角度為設計二維（2D）材料的能帶結構提供了大量的機會，包括摩爾帶、平帶和拓撲非平凡帶的形成。

菱形堆疊過渡金屬二硫族化物中反演對稱性的破缺賦予它們與面外電極化相關的界面鐵電性。通過利用扭轉角作為旋鈕來構建菱形堆疊過渡金屬二硫族化物，可以產(chǎn)生具有交替面外極化的反鐵電疇網(wǎng)絡。

2024年10月21日，西湖大學徐水鋼博士在國際頂級期刊Nature Communications發(fā)表題為《Engineering band structures of two-dimensional materials with remote moiré ferroelectricity》的研究論文，Jing Ding為論文第一作者，徐水鋼博士為論文通訊作者。

他，師從諾獎獲得者/石墨烯之父！西湖大學獨立PI，新發(fā)Nature子刊！

徐水鋼，西湖大學獨立PI。2009年于武漢大學獲得學士學位，2013年于香港科技大學獲得博士學位。博士畢業(yè)后先后于香港科技大學（導師：王寧教授）、英國曼徹斯特大學（導師：諾貝爾獎獲得者、石墨烯之父Andre Geim教授）開展博士后研究工作。2021年入職西湖大學理學院，開展獨立研究工作。

徐水鋼博士主要從事二維材料及范德瓦爾斯異質結的量子輸運特性研究。相關成果以（共同）第一作者身份發(fā)表在Science、Nature、Nature Communications、 Physical Review Letters、 Nano Letters等國際著名期刊上。

在此，研究人員證明了平行堆疊扭曲WSe₂中的這種空間周期性鐵電極化可以將其摩爾電勢印在遠處的雙層石墨烯上。

除了石墨烯中的電荷中性點之外，這種遠程摩爾電勢還會產(chǎn)生明顯的電阻峰，這些電阻峰可以通過WSe₂的扭轉角進行調節(jié)。

這項研究對有限位移場中鐵電磁滯現(xiàn)象的觀察表明，摩爾條紋是由長程靜電勢產(chǎn)生的。通過摩爾鐵電性構建的超晶格代表了一種高度靈活的方法，因為它們涉及摩爾結構層與電子傳輸層的分離。

這種遠程摩爾紋被識別為弱勢能，并且可以與常規(guī)摩爾條紋共存。研究結果提供了利用摩爾鐵電性設計2D材料能帶結構和性質的綜合策略。

圖1：通過遠程摩爾紋鐵電性調控雙層石墨烯中的可調超晶格

圖2：通過60°+0.61°扭轉角度的雙層WSe₂調控雙層石墨烯的能帶結構

圖3：有限位移場中的鐵電磁滯

圖4：器件D2中鐵電摩爾紋和傳統(tǒng)摩爾紋超晶格的共存

綜上，研究人員通過利用扭轉角度作為調控手段，構建了菱形堆疊過渡金屬二硫化物，生成了具有交替平面外極化的反鐵電疇網(wǎng)絡，并首次展示了這種空間周期性的鐵電極化如何在遠程雙層石墨烯上印刻其摩爾紋勢能。通過調節(jié)WSe₂的扭轉角度調控這些勢能，從而在石墨烯中產(chǎn)生明顯的衛(wèi)星電阻峰。

這項研究不僅為二維材料的能帶結構和性質的工程化提供了全面策略，而且通過利用摩爾紋鐵電性，為探索新型電子特性和拓撲相提供了靈活的方法，在量子材料設計和未來電子器件應用中具有重要潛力。

Ding, J., Xiang, H., Zhou, W.?et al.?Engineering band structures of two-dimensional materials with remote moiré ferroelectricity.?Nat. Commun.?15, 9087 (2024).

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