新熱點？ 一個月發了7篇Nature、Science正刊子刊

最近幾年，一個叫做superlattices的單詞經常做客頂刊。那么什么是superlattices呢？

超晶格（superlattices）最初的概念是由Esaki和Tsu于1969年提出的：兩種或兩種以上的物質交替周期性地生長而成地層狀材料。不僅半導體能形成超晶格材料，如GaAs/AlGaAs超晶格材料；金屬也能形成超晶格材料，如Mn/Zn超晶格材料。

這篇文章為大家匯總了過去一月中超晶格在正刊子刊上發表的7篇文章，我們一起來了解一下這個材料的頂刊魅力。

1.哥倫比亞大學Sci. Adv.：氮化硼均質結構中可扭曲界面和垂直超晶格增強的可調諧二次諧波生成

對稱性的破壞會在材料和界面處引起強烈的偶數階非線性光學響應。與常規的共價鍵合非線性晶體不同，范德華（vdW）異質結構的特征在于可以以任意角度堆疊的層，從而完全控制了晶體界面處是否存在反轉對稱性。哥倫比亞大學報告了從可六角形氮化硼（BN）晶體的納米機械旋轉堆棧中產生的高度可調諧的二次諧波（SHG），并引入了術語扭曲光學來描述可扭曲vdW系統中光學特性的研究。通過抑制殘留的體積效應，作者觀察到SHG強度被調制超過50倍，并且偏振圖案由莫爾界面對稱性確定。最后，作者證明了具有多個對稱斷開界面的vdW垂直超晶格結構中的轉換效率大大提高。這個研究為緊湊的光學光學體系結構鋪平了道路，該體系結構旨在實現有效的可調頻率轉換，并證明了SHG作為埋入式vdW接口的可靠探測器。

文獻鏈接：

Enhanced tunable second harmonic generation from twistable interfaces and vertical superlattices in boron nitride homostructures.

(Sci. Adv., 2021, DOI:10.1126/sciadv.abe8691)

2.北京理工大學Nat. Commun.：單層1T-NbSe₂中電荷密度波超晶格以外的Mott Hubbard能帶模式的直接識別

了解莫特絕緣子和電荷密度波（CDW）對于基礎物理學和未來的設備應用都是至關重要的。 但是，這兩種現象之間的關系仍然不清楚，尤其是在接近二維（2D）極限的系統中。在這項研究中，北京理工大學利用掃描隧道顯微鏡/光譜法研究單層1T-NbSe₂，以闡明Mott上哈伯德帶（UHB）的能量，并揭示自旋極化的UHB在空間上遠離中心的dz2軌道分布 CDW單元。此外，除了通常觀察到的CDW模式外，UHB還顯示出√3×√3R30°周期性。此外，在Mott縫隙深處可以看到類似于CDW階的圖案，顯示出CDW不受Mott Hubbard譜帶的影響。 基于單層1T-NbSe₂中的這些發現，這個工作提供了單層2D系統中相關電子結構與集體電子結構之間關系的新穎見解。

文獻鏈接：

Direct identi?cation of Mott Hubbard band pattern beyond charge density wave superlattice in monolayer 1T-NbSe₂.

(Nat. Commun., 2021, DOI:10.1038/s41467-021-22233-w)

3.北京大學&浙江大學&南方科技大學Nat. Commun.：在PbTiO₃/SrTiO₃超晶格中產生極性反渦

非平凡的拓撲結構在凝結的物質中提供了豐富的空間，并有望為摩爾后電子設備提供替代的器件配置。雖然最近在人工設計的PbTiO₃/SrTiO₃超晶格內的受限鐵電PbTiO₃中發現了許多極性拓撲，但很少關注可能的拓撲SrTiO₃中的極性結構。北京大學&浙江大學&南方科技大學通過在相場模擬的指導下精心設計其厚度，成功地在PbTiO₃/SrTiO₃超晶格的SrTiO₃中創建了以前未實現的極性反渦。磁場和熱誘導的Kosterlitz-Thouless形拓撲相變也得到了證明，并且發現形成反渦的驅動力是靜電的而不是彈性的。這項工作完成了極性拓撲中重要的缺失環節，擴展了拓撲結構的范圍，并提供了搜索和操縱極性紋理的見解。

文獻鏈接：

Creating polar antivortex in PbTiO₃/SrTiO₃ superlattice.

(Nat. Commun.,?2021,?DOI:10.1038/s41467-021-22356-0)

4.康奈爾大學&MIT：WSe₂/WS₂莫爾超晶格中的條紋相

自發地打破了電荷密度的旋轉對稱性的條帶相出現在許多相互競爭的強相關系統中。但是，識別和研究這樣的條帶階段仍然具有挑戰性。康奈爾大學&MIT通過結合光學各向異性和電子可壓縮性測量來揭示WSe₂/WS₂莫爾超晶格中的條紋相。作者發現，在較大的摻雜范圍內，強電子各向異性在莫爾超晶格的1/2填充處達到峰值。1/2狀態是不可壓縮的，并分配給絕緣的條紋晶相。寬視場成像顯示出沿莫爾超晶格高對稱軸優先排列的疇構型。除了1/2填充，作者在1/4、2/5和3/5填充時觀察到其他條紋晶體，在不適當填充時觀察到可壓縮的電子液晶態。實驗結果表明，二維半導體莫爾超晶格是一個高度可調諧的平臺，從該平臺可以研究條紋相及其與其他對稱斷裂基態的相互作用。

文獻鏈接：

Stripe phases in WSe₂/WS₂ moiré superlattices.

(Nat. Mater., 2021, DOI:10.1038/s41563-021-00959-8)

5.德克薩斯大學奧斯汀分校&維也納工業大學&中科院半導體所Nat. Mater.：重建MoS₂莫爾超晶格中的聲子重整化

在通過堆疊范德華材料形成的莫爾晶體中，可以通過扭轉角的細微變化實現令人驚訝的各種相關電子相和光學特性。在這里，德克薩斯大學奧斯汀分校&維也納工業大學&中科院半導體所發現聲子光譜在MoS₂扭曲的雙層中也被重新歸一化，從而為摩爾紋物理增加了見識。在不同的小扭轉角范圍內，由于不同聲子模式之間的超強耦合以及莫爾條紋的原子重構，聲子光譜迅速發展。文章開發了一種用于聲子的低能連續譜模型，該模型克服了計算大型莫爾超細胞特性的突出挑戰，并成功地捕獲了重要的實驗觀察結果。值得注意的是，簡單的光譜實驗可以提供有關具有納米級超級電池的莫爾晶體的應變和晶格畸變的信息。該模型促進了對莫爾超晶格的結構，光學和電子特性的全面統一的理解。

文獻鏈接：

Phonon renormalization in reconstructed MoS₂ moiré superlattices.

(Nat. Mater., 2021, DOI:10.1038/s41563-021-00960-1)

6.段曦東&段鑲鋒Nature：卷起范德華異質結構的高階超晶格

二維（2D）材料和相關的范德華（vdW）異質結構通過逐層機械重新堆疊或順序合成，為超越傳統晶格匹配要求的限制集成不同的原子層提供了極大的靈活性。但是，到目前為止，探索的2D vdW異質結構通常僅限于具有少量塊的相對簡單的異質結構。由于與每個順序重新堆疊或合成步驟相關的產量和材料損壞有限，具有大量交替單元的高階vdW超晶格的制備成倍增加。段曦東&段鑲鋒報告了一種通過匯總vdW異質結構來實現高階vdW超晶格的簡單方法。文章表明，毛細作用力驅動的卷起過程可用于從生長基質中剝離合成SnS2/WSe2 vdW異質結構，并產生具有交替的WSe₂和SnS₂單層的SnS₂/WSe₂卷起，從而形成高階SnS₂/WSe₂ vdW超晶格。這些超晶格的形成調節了電子能帶結構和尺寸，從而導致傳輸特性從半導體到金屬，從二維到一維（1D）以及與角度相關的線性磁阻轉變。可以擴展此策略以創建各種2D/2D vdW超晶格，更復雜的2D/2D/2D vdW超晶格以及2D以外的材料，包括三維（3D）薄膜材料和1D納米線，以生成混合尺寸的vdW超晶格，例如3D/2D，3D/2D/2D，1D/2D和1D/3D/2D vdW超晶格。這項研究證明了生產具有廣泛變化的材料成分，尺寸，手性和拓撲結構的高階vdW超晶格的通用方法，并為基礎研究和技術應用定義了豐富的材料平臺。

文獻鏈接：

High-order superlattices by rolling up van?der Waals heterostructures.

(Nature, 2021, DOI:10.1038/s41586-021-03338-0)

7.MIT Nature：由納米粒子超晶格組裝而成的宏觀材料

已經提出了納米粒子組裝作為通過使用納米級部件的選擇來自下而上構建整個材料來對材料的層次組織進行編程的理想手段。由于化學成分，納米級有序，微觀結構和宏觀形式都會影響物理性能，因此非常需要多尺度結構控制。然而，通常指示納米粒子有序的化學相互作用并不能固有地提供任何在較大的長度尺度上操縱結構的手段。因此，基于納米顆粒的材料開發需要加工策略來定制微觀和宏觀結構，而又不犧牲其自組裝的納米級排列。MIT演示了快速組裝以克為單位的多面納米顆粒超晶格微晶的方法，這些方法可以進一步類似于燒結大塊固體的方式成型為宏觀物體。該方法的關鍵進展是，控制納米顆粒組裝的化學相互作用在后續處理步驟中保持活躍，這使得在形成宏觀材料時，可以保留顆粒的局部納米級有序性。可以根據超晶格微晶的尺寸，化學組成和晶體對稱性來調節散裝固體的納米結構和微觀結構，并且可以通過隨后的加工步驟來控制微觀結構和宏觀結構。因此，這項工作提供了一種通用的方法，可以同時控制分子到宏觀長度尺度上的結構組織。

文獻鏈接：

Macroscopic materials assembled from nanoparticle superlattices.

(Nature, 2021, DOI:10.1038/s41586-021-03355-z)

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