近日，Advanced Materials在线刊登了物理科学与技术学院丰敏课题组在一维电子平带方面的最新研究成果，文章的题目为：“One-Dimensional Electronic Flat Bands in Untwisted Moiré Superlattices”。武汉大学为第一署名单位，物理科学与技术学院2020级博士生李亚菲、2019级博士生苑青和中国人民大学物理系2019级博士生郭的坪为共同一作，物理科学与技术学院的丰敏教授和中国人民大学物理系的季威教授（理论合作者）为共同通讯作者。
图注 Bi(110)-11×11/SnSe(001) -12×12莫尔超晶格中的一维电子平带。(a) 莫尔超晶格的能带结构图。(b)位置依赖的LDOS。(c, d) -0.03 eV和-0.13 eV能带放大图。 (e, h, g, j) -0.03 eV和-0.13 eV的|ψ|2的分布图。(f, i) 实验测得的一维电子平带的电子几率空间分布图。
电子平带是凝聚态物理研究的前沿课题。平带中电子动能受抑、库仑相互作用增强，从而带来如超导相、向列相、非常规铁磁等一系列强关联非常规电子相。由于目前大多数工作主要集中在研究二维电子平带，其各个物理自由度的相互作用比较复杂，降低电子平带的维度可以简化这些相互作用，得到奇异电子特性对应的关键物理图像。但目前尚未有任何实验策略来实现一维电子平带，即便是理论也没有给出一个具体的物理图像来阐明一维平带可以在什么条件下产生。
在这项工作中，课题组提出了一个实现一维电子平带的普适策略：通过在相互垂直的两个方向各自实现原子平带和拓扑平带来产生一维平带。其中，原子平带利用电子波函数几率密度分布在空间是分立的来实现；拓扑平带通过一个在空间一维方向延伸的特殊原子结构来产生。这个特殊原子结构的横切面表现为具有空间拓扑特性的原子褶皱反转，从而导致褶皱反转处电子波函数拓扑相消。因此使得电子保持平带的局域特性，而且同时沿着一维空间方向延伸。也就满足了一维平带的特征。
研究团队利用简易、洁净的范德华外延生长的方式，在实际材料体系，Bi(110)-11×11/SnSe(001)-12×12莫尔超晶格里，证实了一维电子平带的存在。示意图给出了实验和理论在Bi(110)-11×11/SnSe(001) -12×12莫尔超晶格中观察（人大课题组DFT理论计算）到的一维电子平带。在这一工作中，研究团队利用qPlus nc-AFM（qPlus 非接触原子显微技术），第一次直接表征了莫尔超晶格界面原子应变导致的这个沿着一个方向延伸的原子褶皱反转的特殊结构，并发现其和一维平带一一对应的构相关系。这种不需要精细控制异质结材料的相对转角来产生具有一维电子平带的莫尔超晶格体系的实验方法大大降低了研究这一奇异电子态特征的实验门槛，使其成为一个对大多数实验室都普适的研究体系。
文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.202300572
