鈣鈦礦莫爾超晶格，最新Nature Materials!

1.【科學背景】

莫爾超晶格通過利用空間變化的層間相互作用來改變電子能帶結構，已經成為研究強相關量子現象的新平臺。包括超導和莫特絕緣體在內的大量量子現象已經在魔角石墨烯和扭轉雙層過渡金屬二硫化物（TMDCs）中實現。然而，層間相互作用僅限于層狀石墨烯和TMDCs中相對較弱的范德華力，因此莫爾條紋引入的能量調制相對較小，目前為止，莫爾平坦帶幾乎只能在低溫下被觀察到。為了增加能量調制的深度實現室溫莫爾材料，需要超越范德華力的層間相互作用。然而，制造厚度可控的大型二維非范德華材料具有很大挑戰。鈣鈦礦晶體結構也可以構造具有獨特莫爾性質的有趣幾何形狀，但是目前的方法難以制備具有構建莫爾超晶格所必須的、可良好控制扭轉角的原子級光滑、超薄、無配體的大面積二維鈣鈦礦晶體。

2.【創新成果】

基于以上研究背景，美國普渡大學黃麗白教授、竇樂添教授（共同通訊作者）等人開發了一種無配體APbX₃二維鈣鈦礦的方法，其厚度可以低至~2-5 nm，任意基材上的尺寸可達10 μm以上。時間分辨光學顯微鏡顯示，人為扭曲的結構具有方形莫爾條紋和10°扭轉角附近的局域激子和電荷。這項工作展示了二維鈣鈦礦作為獨特室溫莫爾材料的前景。相關研究成果以“Moiré superlattices in twisted two-dimensional halide perovskites”為題發表在最新Nature Materials期刊上。

圖1.平衡溶液法將RP相二維鈣鈦礦轉化為APbX₃相的制備及表征。? 2024 Springer Nature

圖2. 扭轉鈣鈦礦層中的方形莫爾圖案。? 2024 Springer Nature

圖3. MAPbI₃扭轉鈣鈦礦層中與扭轉角相關的激子輸運和湮滅。? 2024 Springer Nature

圖4. MAPbI₃扭轉鈣鈦礦層中與扭轉角相關的光致發光。? 2024 Springer Nature

3.【科學啟迪】

該研究結果表明，扭轉的二維APbX₃鈣鈦礦超晶格是研究室溫莫爾激子材料的一個新平臺。這些結構引入的離子層間相互作用超越了傳統二維材料中的范德華相互作用，從而拓寬了莫爾材料可用的選擇范圍。鹵化物鈣鈦礦中明亮的直接莫爾激子也為設計能量和電荷轉移泛函提供了更多機會。在此研究基礎上，還需要進一步研究晶格弛豫效應對莫爾電勢的影響。另外，由于鈣鈦礦晶格不耐受電子束照射，需要改進TEM技術來幫助直接成像觀察界面晶格的弛豫和重建，揭示10°魔角的潛在原因。

原文詳情：Zhang, S., Jin, L., Lu, Y. et al. Moiré superlattices in twisted two-dimensional halide perovskites. Nat. Mater. (2024). https://doi.org/10.1038/s41563-024-01921-0。