近日，上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院李聽(tīng)昕課題組、姜生偉課題組、上海交大李政道研究所劉曉雪課題組，與美國(guó)田納西大學(xué)Yang Zhang課題組合作在Nature Physics上發(fā)表了題為“Interplay between topology and correlations in the second moiré band of twisted bilayer MoTe2”的研究論文，揭示了3度附近轉(zhuǎn)角半導(dǎo)體二碲化鉬（MoTe2）第二莫爾拓?fù)淦綆е械男缕嫖镄?。二維半導(dǎo)體莫爾超晶格體系為研究拓?fù)浜蛷?qiáng)關(guān)聯(lián)量子物態(tài)提供了絕佳平臺(tái)，過(guò)去幾年中取得了一系列激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)。2023年，上海交通大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與美國(guó)華盛頓大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)基于轉(zhuǎn)角二碲化鉬體系，分別獨(dú)立地觀測(cè)到分?jǐn)?shù)量子反常霍爾效應(yīng)這一新型拓?fù)鋸?qiáng)關(guān)聯(lián)量子物態(tài)的確鑿實(shí)驗(yàn)證據(jù)，引起了國(guó)際凝聚態(tài)物理學(xué)界的廣泛關(guān)注。此前，有關(guān)二維莫爾體系拓?fù)淞孔游飸B(tài)的研究主要集中在其第一拓?fù)淦綆В煌負(fù)淦綆б蚱淞孔訋缀蔚刃再|(zhì)的區(qū)別可以演生出不同量子物態(tài)。比如，最近的理論研究工作表明，在轉(zhuǎn)角二碲化鉬體系的第二拓?fù)淦綆е?，有可能存在有非阿貝爾分?jǐn)?shù)量子反?；魻栃?yīng)，但有關(guān)第二莫爾拓?fù)淦綆У膶?shí)驗(yàn)研究開(kāi)展較少。在此項(xiàng)研究工作中，研究團(tuán)隊(duì)在前期工作的基礎(chǔ)上，通過(guò)制備高質(zhì)量轉(zhuǎn)角二碲化鉬輸運(yùn)器件，結(jié)合低溫電學(xué)輸運(yùn)和光譜學(xué)測(cè)量，系統(tǒng)研究了3度附近轉(zhuǎn)角半導(dǎo)體二碲化鉬中第一和第二莫爾拓?fù)淦綆У奈锢硇再|(zhì)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其第一拓?fù)淦綆е写嬖谡麛?shù)和分?jǐn)?shù)量子反常霍爾態(tài)，這與先前報(bào)道的4度附近轉(zhuǎn)角二碲化鉬中的結(jié)果相一致。而在其第二拓?fù)淦綆Ы咏胩畛鋾r(shí)，實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到由相互作用誘導(dǎo)的鐵磁性；進(jìn)一步，通過(guò)外加垂直磁場(chǎng)，觀測(cè)到該磁性金屬態(tài)逐步演化為整數(shù)陳絕緣體態(tài)，這些實(shí)驗(yàn)觀測(cè)與第一性原理計(jì)算的結(jié)果定性吻合。此外，該項(xiàng)研究工作也為3度附近轉(zhuǎn)角二碲化鉬中量子自旋霍爾態(tài)以及與自旋漲落相關(guān)的輸運(yùn)行為提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)。這些實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)展示了轉(zhuǎn)角二碲化鉬第二莫爾拓?fù)淦綆У呢S富量子物性，為進(jìn)一步尋找非阿貝爾分?jǐn)?shù)量子反常霍爾效應(yīng)等新奇量子物態(tài)奠定了基礎(chǔ)。
圖 a, 轉(zhuǎn)角二碲化鉬輸運(yùn)器件示意圖；b, 實(shí)驗(yàn)測(cè)得的縱向電阻隨莫爾填充因子ν及垂直位移電場(chǎng)D的變化；c, 零電場(chǎng)情況下，縱向電阻和霍爾電阻隨ν的變化（磁場(chǎng)分別為正負(fù)0.1 T及正負(fù)0.3 T），展示了其第一莫爾平帶中的整數(shù)與分?jǐn)?shù)量子反?；魻栃?yīng)以及第二莫爾平帶中的量子磁性金屬態(tài)；d, 縱向電阻隨ν和外加垂直磁場(chǎng)的變化。
上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院博士生徐凡、常旭敏、肖嘉勇和德國(guó)馬普所Yixin Zhang為論文的共同第一作者；上海交通大學(xué)副教授李聽(tīng)昕、姜生偉、劉曉雪和美國(guó)田納西大學(xué)助理教授Yang Zhang為論文的共同通訊作者。論文的合作者還包括上海交通大學(xué)史志文教授、錢(qián)冬教授、賈金鋒教授，博士研究生劉峰、孫政、李佳熠；中科院物理研究所呂力研究員，仝冰冰副主任工程師；德國(guó)馬普所Ning Mao博士、N. Peshcherenko博士以及日本國(guó)立材料研究所的Kenji Watanabe研究員和Takashi Taniguchi研究員。此項(xiàng)研究涉及的器件微納加工部分在上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院微納加工平臺(tái)完成，1.5 K以下極低溫輸運(yùn)測(cè)量在中國(guó)科學(xué)院綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置完成。本工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市科委、上海交通大學(xué)2030計(jì)劃、陽(yáng)陽(yáng)發(fā)展基金等項(xiàng)目的資助，在此深表感謝。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41567-025-02803-1 作者： 葉丹 供稿單位： 物理與天文學(xué)院
