利用STM和STS揭秘扭曲石墨烯的电子结构！

【研究背景】

扭曲三层石墨烯（TTG）是由三层石墨烯以不同扭转角度扭转而形成的结构，因其展现出丰富的物理现象和相关量子行为而成为研究热点。TTG中的莫尔结构可以生成平坦能带，促进强相关相的出现，然而，现有的研究对于TTG中莫尔准晶体的局部特性及其平坦能带的直接表征仍然不足，这限制了我们对相关物理的深入理解。

为了解决这一问题，北京师范大学的何林教授课题组以及IMDEA Nanoscience的Zhen Zhan等人携手采用了扫描隧道显微镜（STM）和扫描隧道光谱（STS）技术，对TTG的结构及其电子特性进行局部表征。结果表明，不同的扭转角对TTG的晶格放松和莫尔图案干涉有显著影响，平坦能带的局部化在不同区域展现出独特的对称性。这些发现不仅验证了理论预测的魔相，还为进一步探索莫尔准晶体中相关物理现象提供了重要的实验依据。通过深入研究TTG的性质，科学家们有望揭示更多新型的相关现象，从而推动二维材料领域的发展。

【表征解读】

本文通过扫描隧道显微镜（STM）和扫描隧道光谱（STS）发现了扭曲三层石墨烯（TTG）中的平坦能带，从而揭示了其独特的电子结构特征。针对TTG中平坦能带现象，通过对局部晶体结构和电子态的微观机理表征，得到了不同扭转角对下的原子排列和能带特征，进而挖掘了其在莫尔准晶体中的潜在应用。

在此基础上，通过高分辨率的STM成像和STS测量，我们成功地获取了TTG不同区域的能带分布信息。这些表征手段揭示了TTG在不同扭转角度下的晶格重构和莫尔图案的干涉特性，结果表明不同的魔角对会显著影响平坦能带的局部化特征，从而表现出独特的对称性。特别是在TTG中观察到的不同能带特征，暗示了其在量子相关现象研究中的重要性。

总之，经过对TTG的STM和STS表征，深入分析了其平坦能带及其对应的局部电子态分布。这为理解TTG中相关物理现象提供了实验基础，进一步推动了新型相关材料的制备与应用研究。这些发现不仅丰富了对二维莫尔超晶格物理的认识，还为未来开发具有特定电子特性的材料开辟了新的方向，有助于推动下一代量子电子器件的发展。

【图文速递】

图1：TTG中莫尔结构（MoM）及计算的魔角对（θTM, θMB）的示意图。

图2：TTG中堆叠构型的局部表征。

图3：样品3中的平坦能带及其空间分布。

图4：样品4中的平坦能带及其空间分布。

图5：具有不同扭转角对的TTG的电子特性。

【科学启迪】

本文的研究揭示了扭曲三层石墨烯（TTG）中平坦能带的存在及其独特的结构特征，提供了探索相关量子现象的新途径。TTG的两个独立扭转角度形成的莫尔准晶体，为研究准周期性系统中的强相关相提供了理想平台。研究表明，平坦能带的局部化在不同区域展现出显著的对称性，这对理解相关物理具有重要意义。同时，TTG中的晶格放松和莫尔图案之间的干涉显著依赖于扭转角度，这为进一步调控材料特性提供了可能性。这些发现不仅丰富了我们对二维材料物理的认识，还为未来在莫尔超晶格中实现新型量子相态的探索奠定了基础。通过结合扫描隧道显微镜和理论计算，研究为开发基于TTG的电子器件和量子计算平台提供了新的思路，展现了扭曲石墨烯在纳米技术和材料科学中的广泛应用前景。

参考文献：Hao, CY., Zhan, Z., Pantaleón, P.A. et al. Robust flat bands in twisted trilayer graphene moiré quasicrystals. Nat Commun 15, 8437 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52784-7