由于石墨烯等二維范德瓦爾斯材料層間相互作用非常弱，容易解理并堆垛形成各種人工異質(zhì)或同質(zhì)結(jié)構(gòu)。當堆垛的兩層之間有微弱的晶格差異或微小的轉(zhuǎn)角時，就會形成摩爾（moiré）圖案。近期研究發(fā)現(xiàn)這些二維異質(zhì)結(jié)或同質(zhì)結(jié)體系在摩爾周期勢場作用下，展現(xiàn)出了許多新奇的物理現(xiàn)象，比如在魔角雙層石墨烯中發(fā)現(xiàn)了關(guān)聯(lián)絕緣態(tài)以及非常規(guī)超導(dǎo)態(tài)。 

　　然而到目前為止，摩爾圖案的構(gòu)造還局限于二維范德瓦爾斯體系。如果這種摩爾調(diào)控能夠拓展到其它體系，特別是強關(guān)聯(lián)體系中，將有可能發(fā)現(xiàn)更多新穎物性。近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心國際功能材料量子設(shè)計中心和物理系中科院強耦合量子材料物理重點實驗室曾長淦課題組與美國石溪大學(xué)劉夢昆課題組等合作，首次在鈣鈦礦錳氧化物這一關(guān)聯(lián)電子體系中實現(xiàn)了電子相的摩爾調(diào)控。該研究成果以Moir Engineering of Electronic Phenomena in Correlated Oxides 為題于4月6日在線發(fā)表在《自然-物理》上（Nature Physics，DOI:10.1038/s41567-020-0865-1）。 

　　關(guān)聯(lián)氧化物中，電荷、自旋、軌道等自由度與晶格有很強的耦合，因此該研究團隊設(shè)想有可能通過應(yīng)力工程在關(guān)聯(lián)氧化物中實現(xiàn)摩爾圖案。他們在有周期性臺階的LaAlO₃ (LAO)襯底上生長了La_0.67Sr_0.33MnO₃ (LSMO)薄膜，發(fā)現(xiàn)由于界面耦合效應(yīng)，LSMO薄膜中存在兩種來源不同但周期相近的應(yīng)力周期勢場，一種來自襯底臺階，另一種來自LSMO薄膜本身的孿晶疇。他們利用近場光學(xué)顯微鏡（SNOM）發(fā)現(xiàn)，當兩種周期勢場以較小的角度交疊在一起時，其共同作用會產(chǎn)生微米尺度的局域?qū)щ娦缘哪枅D案調(diào)制（如圖）。在LSMO體系中，導(dǎo)電性與應(yīng)力之間有著非線性的依賴關(guān)系，所以調(diào)控效果非常顯著。通過對其中一種應(yīng)力勢場的周期或者曲率的小幅度調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)LSMO薄膜中摩爾紋形狀的大幅度改變。在關(guān)聯(lián)錳氧化物中，導(dǎo)電性和磁性直接相關(guān)。進一步的磁力顯微鏡研究的確發(fā)現(xiàn)了與導(dǎo)電性摩爾條紋相對應(yīng)的鐵磁性摩爾條紋。LSMO的順磁-鐵磁轉(zhuǎn)變進一步調(diào)控了其電子摩爾條紋：在居里溫度以下，導(dǎo)電性摩爾條紋與鐵磁性摩爾條紋共存；而在居里溫度之上，導(dǎo)電性摩爾條紋還在，但鐵磁性摩爾條紋消失。這一發(fā)現(xiàn)首次將摩爾調(diào)控的概念拓展到了非范德瓦爾斯二維體系，也為在外延薄膜中實現(xiàn)可控的電子條紋以及相應(yīng)的新奇物性探索提供了一種全新的手段。 

　　中國科大合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心和物理系教授曾長淦、特任副研究員李林與美國石溪大學(xué)教授劉夢昆、哥倫比亞大學(xué)教授D. N. Basov為論文共同通訊作者。中國科大博士后范曉東、特任副研究員李林與美國石溪大學(xué)博士生陳昕中為論文共同第一作者。該工作得到國家自然科學(xué)基金、科技部、安徽省以及中科院的資助。 

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　　圖：a. 利用兩種不同應(yīng)力勢場的耦合在LSMO薄膜中實現(xiàn)摩爾調(diào)控的示意圖。 b.c. SNOM測量得到的電子相摩爾紋圖案，b為直線型，c為彎曲型。