填补空白！北师大「国家杰青」何林团队，新发Nature子刊！

研究背景

随着二维材料研究的快速发展，莫尔超晶格因其在强相关物理中的独特表现而引起了广泛关注。特别是扭曲三层石墨烯（TTG）作为一种新型的莫尔结构，由于其可调节的扭转角，展现出了丰富的物理现象，如平坦能带和超导性等。然而，尽管已有大量理论研究预测TTG中会出现多种新奇的相关相，关于其具体的结构特征及平坦能带的直接局部表征依然不足，这为作者理解和控制相关的莫尔物理带来了挑战。

与传统的周期性莫尔结构不同，TTG准晶体的准周期性使得相关相的研究更加复杂和富有挑战性。当前的研究主要集中在平坦能带的存在及其对物质性质的影响上，但在实际实验中，关于平坦能带的局部化和电子结构的直接观察仍然缺乏。因此，明确TTG的原子级别结构及其与电子行为之间的关系是理解其物理特性的关键。

成果简介

为了解决上述问题，北京师范大学何林教授课题组以及IMDEA Nanoscience的Zhen Zhan等人携手在Nature Communications期刊上发表了题为“Robust flat bands in twisted trilayer graphene moiré quasicrystals”的最新论文。研究者利用扫描隧道显微镜（STM）和扫描隧道光谱（STS）对TTG的莫尔准晶体进行局部表征。通过直接成像不同区域的平坦能带分布，研究者们揭示了其在结构和电子性质上的显著差异。此外，结合理论计算，研究还展示了莫尔图案的重构和干涉如何受到扭转角的影响，进而深入理解了TTG中的相关物理。

本研究的核心在于通过对TTG的系统表征，提供了平坦能带在不同扭转角度下的特征化视图，填补了现有研究的空白。作者的发现不仅有助于理解TTG的电子结构特征，也为未来在更复杂的二维材料系统中探索相关量子现象提供了重要的实验基础。

何林2009年7月于北京大学物理学院获得博士学位，博士毕业后一直在北京师范大学物理学系工作, 现为教授，博士生导师。2015年获得中组部青年拔尖人才计划，2014年获得 “优秀青年基金”的支持。过去几年，何林在石墨烯物性研究这一重要科学问题上取得了一系列原创性突破，近5年，共发表了50余篇SCI论文，其中作为通讯作者带领其团队发表了38篇SCI论文，包括4篇PRL,2篇Nature Commun.和25篇PRB。论文被引用1500余次。基于上述研究成果，何林受邀在美国物理年会March Meeting、Graphene Week等重要国际/国内会议上作大会邀请报告。

研究亮点

（1）实验首次在扭曲三层石墨烯（TTG）中观察到平坦能带，展示了不同扭转角对下的独特原子和电子结构。这一发现为理解相关量子现象提供了新的实验依据。

（2）实验通过扫描隧道显微镜（STM）和扫描隧道光谱（STS）对TTG莫尔准晶体进行局部表征，观察到平坦能带的光谱特征。这些特征直接确认了理论上预测的魔相，显示了平坦能带在不同区域的空间分布，且各区域展现出不同的对称性。

（3）研究结果表明，TTG的晶格放松和莫尔图案干涉强烈依赖于扭转角度，进一步揭示了莫尔准晶体的复杂性。这项工作为在准周期性系统中探索新型相关物理现象奠定了基础，显示出TTG在研究强相关相中的潜力。

图文解读

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。

结论展望

本文揭示了扭曲三层石墨烯（TTG）中平坦能带的存在及其与扭转角度的深刻关系，为理解相关量子现象提供了重要线索。研究表明，TTG的莫尔准晶体在不同区域展现出显著的对称性差异，这为探索新型的相关物理相提供了新的视角。通过直接的空间映射和理论计算，作者发现莫尔图案的重构及其干涉现象在扭转角度的影响下表现出复杂的依赖性，这暗示了在二维材料中调控电子结构的新潜力。

此外，TTG的高度可调性使其成为研究准周期性系统中的强相关现象的理想平台。这些发现不仅拓展了作者对莫尔物理的理解，也为未来在2D材料中探索其他新型量子现象奠定了基础，促进了相关材料的设计和应用，推动了量子计算和电子器件的发展。因此，TTG及其相关系统的研究具有重要的科学意义和广泛的应用前景。

文献信息

Hao, CY., Zhan, Z., Pantaleón, P.A. et al. Robust flat bands in twisted trilayer graphene moiré quasicrystals. Nat Commun 15, 8437 (2024).

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