中国科学家成功观测到"三级能隙"理论现象

8月10日，中国科学技术大学张增明、乔振华与秦维教授联合团队在二维莫尔超晶格量子调控领域取得重大研究突破。

团队自主研发了适用于极高压环境的范德华异质结量子输运测量系统，并基于石墨烯/六方氮化硼（h-BN）莫尔超晶格体系，首次通过实验验证了压力对莫尔势的显著增强效应，成功观测到理论预言的“三级能隙”现象。

据了解，这项研究成果已于7月24日发表于《物理评论快报》（DOI:10.1103/xs5j-hp3p），并获选为“编辑推荐”论文。该研究为通过压力调控莫尔电子能带结构、探索新型关联物态开辟了全新研究路径。

莫尔超晶格体系为构建和调控关联量子态提供了理想平台。以往研究中，科学家主要通过调节层间转角来改变莫尔周期，但器件制备完成后转角即固定，难以实现动态调控。静水压技术作为一种无干扰的原位调控手段，可在保持莫尔周期不变的前提下，连续调节层间耦合强度，从而实现对莫尔能带结构的有效调控。

然而，受限于技术条件，此前的量子输运研究压力范围普遍低于3GPa，远未达到探索莫尔体系丰富物理现象所需的压力阈值。

为解决这一难题，研究团队创新开发了金刚石对顶砧高压量子输运测量技术，成功在9GPa的极端压力环境下实现对莫尔器件的高精度测量。这项工作是团队在高压二维器件物性研究领域的又一重要进展。此前他们已将金刚石NV色心技术与DAC相结合，实现了高压下石墨烯器件电流密度的高分辨成像，为当前研究奠定了坚实基础。

本研究以精确转角对齐的石墨烯/h-BN异质结为实验对象。随着压力提升，器件主能隙扩大近一倍，同时第一莫尔价带宽度明显收窄，证实压力可有效增强莫尔势强度。当压力突破6.4GPa时，研究团队首次在实验中观测到常压下不存在的三级能隙。

理论计算完美重现了实验现象，并揭示该能隙的开启与压力诱导的原子弛豫效应增强密切相关。此项研究不仅构建了强大的高压量子输运实验平台，更证实静水压是调控莫尔体系电子能带结构与电子关联效应的通用有效手段。该技术可进一步拓展至转角双层石墨烯、过渡金属硫化物等莫尔体系，为在更广阔参数空间内探索非常规超导、拓扑量子态等新颖关联与拓扑现象提供有力支撑。