EXPRESS LETTER

Visualizing the Local Twist Angle Variation within and between Domains of Twisted Bilayer Graphene

Jiawei Hu (户佳玮), Shiyu Zhu (朱诗雨), Qianying Hu (胡倩颖), Yunhao Wang (王云昊), Chengmin Shen (申承民), Haitao Yang (杨海涛), Xiaoshan Zhu (竺晓山), Qing Huan (郇庆), Yang Xu (许杨), and Hong-Jun Gao (高鸿钧)

Chin. Phys. 2024 41 (3): 037401

DOI: 10.1088/0256-307X/41/3/037401

文章亮点

首次利用扫描微波阻抗显微镜实现了转角二维材料中跨越畴界的局域转角分布可视化，揭示了量子态的微观变化和转角依赖规律，为转角二维材料和量子器件的研究开辟了有效途径。

左上：扫描微波阻抗显微镜测试示意图。左下：跨畴界的扫描微波阻抗谱切线图（15 μm），量子霍尔态（QHS）和莫尔能隙具有随空间位置的明显变化。右上：跨畴界区域的局域转角分布图（6 μm × 5 μm），展现畴界内的转角变化和畴界处的转角突变。右下：不同栅压下的电导率分布图。

转角石墨烯畴内/畴间的局域转角分布可视化

研究背景

转角二维材料由于其电子强关联性和多维度可调性成为研究量子现象的理想平台。转角和周期性的电势变化带来了平带结构和丰富的量子现象，例如关联绝缘态、超导性、整数/分数反常量子霍尔效应等。然而，这些量子现象对体系的转角高度敏感，微小的转角变化就可影响多体竞争稳定性，导致基态的显著变化。实验发现，转角二维器件中的随机应力会引起局部转角分布不均匀，可能导致无法观测到微观存在的新量子态，并使实验与理论的配合更加困难。因此，研究局域转角分布和相关量子态对深入理解宏观量子现象、推动领域发展至关重要。

内容简介

最近，中国科学院物理研究所的高鸿钧院士课题组与许杨课题组合作，实现了转角双层石墨烯畴内和畴间的局域转角分布可视化。该工作使用极低温矢量磁场的扫描微波阻抗显微镜系统，对转角双层石墨烯的局域转角和局域量子态展开研究。该工作实现了畴内连续的转角变化和跨越畴界的转角突变的实验观测，并揭示了量子霍尔态和陈绝缘态随局域转角的变化规律，为理解转角二维材料的宏观量子现象和发现新的量子态开辟了重要途径。

研究意义和重要性

基于扫描微波阻抗显微技术，该工作实现了转角材料中跨越畴界的局域转角分布可视化表征，揭示了量子态的转角依赖关系，对转角二维材料和量子态的研究有重要意义。

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