堆叠顺序和扭曲角度为设计二维（2D）材料的能带结构提供了大量的机会，包括摩尔带、平带和拓扑非平凡带的形成。
菱形堆叠过渡金属二硫族化物中反演对称性的破缺赋予它们与面外电极化相关的界面铁电性。通过利用扭转角作为旋钮来构建菱形堆叠过渡金属二硫族化物，可以产生具有交替面外极化的反铁电畴网络。
2024年10月21日，西湖大学徐水钢博士在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Engineering band structures of two-dimensional materials with remote moiré ferroelectricity》的研究论文，Jing Ding为论文第一作者，徐水钢博士为论文通讯作者。
徐水钢，西湖大学独立PI。2009年于武汉大学获得学士学位，2013年于香港科技大学获得博士学位。博士毕业后先后于香港科技大学（导师：王宁教授）、英国曼彻斯特大学（导师：诺贝尔奖获得者、石墨烯之父Andre Geim教授）开展博士后研究工作。2021年入职西湖大学理学院，开展独立研究工作。
徐水钢博士主要从事二维材料及范德瓦尔斯异质结的量子输运特性研究。相关成果以（共同）第一作者身份发表在Science、Nature、Nature Communications、 Physical Review Letters、 Nano Letters等国际著名期刊上。
在此，研究人员证明了平行堆叠扭曲WSe2中的这种空间周期性铁电极化可以将其摩尔电势印在远处的双层石墨烯上。
除了石墨烯中的电荷中性点之外，这种远程摩尔电势还会产生明显的电阻峰，这些电阻峰可以通过WSe2的扭转角进行调节。
这项研究对有限位移场中铁电磁滞现象的观察表明，摩尔条纹是由长程静电势产生的。通过摩尔铁电性构建的超晶格代表了一种高度灵活的方法，因为它们涉及摩尔结构层与电子传输层的分离。
这种远程摩尔纹被识别为弱势能，并且可以与常规摩尔条纹共存。研究结果提供了利用摩尔铁电性设计2D材料能带结构和性质的综合策略。
图1：通过远程摩尔纹铁电性调控双层石墨烯中的可调超晶格
图2：通过60°+0.61°扭转角度的双层WSe2调控双层石墨烯的能带结构
图3：有限位移场中的铁电磁滞
图4：器件D2中铁电摩尔纹和传统摩尔纹超晶格的共存
综上，研究人员通过利用扭转角度作为调控手段，构建了菱形堆叠过渡金属二硫化物，生成了具有交替平面外极化的反铁电畴网络，并首次展示了这种空间周期性的铁电极化如何在远程双层石墨烯上印刻其摩尔纹势能。通过调节WSe2的扭转角度调控这些势能，从而在石墨烯中产生明显的卫星电阻峰。
这项研究不仅为二维材料的能带结构和性质的工程化提供了全面策略，而且通过利用摩尔纹铁电性，为探索新型电子特性和拓扑相提供了灵活的方法，在量子材料设计和未来电子器件应用中具有重要潜力。
Ding, J., Xiang, H., Zhou, W. et al. Engineering band structures of two-dimensional materials with remote moiré ferroelectricity. Nat. Commun. 15, 9087 (2024).
https://doi.org/10.1038/s41467-024-53440-w.
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