上海交通大学最新《Nature》
2026-11-09
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二维半导体莫尔超晶格为研究强关联和拓扑量子相提供了高度可调的平台。作为一个典型例子，扭转双层MoTe₂（tMoTe₂）已被证明在零磁场下承载分数量子拓扑相。然而，它们随扭转角的演化以及与其他关联量子态的竞争在很大程度上仍未被探索。
2026年11月4日，上海交通大学李听昕、刘晓雪、香港科技大学雷世明、复旦大学张远波共同通讯在Nature在线发表题为“Twist-angle-dependent quantum phase diagrams in moiré bilayer MoTe2”的研究论文。该研究系统绘制15个器件、3.79°–5.76°扭角范围内tMoTe₂的输运相图：小角度呈谷极化分数拓扑态与反常复合费米液体，随扭角增大分数相被抑制、半填充陈带重构为对称破缺陈绝缘体，νh=1由IQAH绝缘体转为平庸关联绝缘体，约5.6°以上出现超导。
扭转半导体过渡金属二硫化物（TMD）同质双层已成为一个理论上可处理且实验上丰富的模型系统。在连续模型框架内，扭转双层MoTe₂（tMoTe₂）和扭转双层WSe₂（tWSe₂）K谷的低能莫尔价带被预测为相似，两者均支持拓扑非平凡莫尔平带，有效模拟Kane–Mele模型。这些拓扑平带高度可调：施加垂直电场可诱导层极化，从而驱动向拓扑平庸态的转变。此外，莫尔能带拓扑和由此产生的相互作用驱动量子相均被预测敏感依赖于扭转角θ。
在此，研究人员报道了tMoTe₂在3.79°–5.76°范围内扭转角依赖相图的系统性输运研究，揭示了从谷极化分数量子拓扑态到谷简并关联态和超导电性的演化。在相对较小的扭转角下，tMoTe₂的部分填充陈能带承载遵循Jain序列的分数量子反常霍尔态，并伴随摩爾空穴填充因子νh = 1/2处反常复合费米液体的特征。增加扭转角逐渐抑制分数量子拓扑相，并将半填充陈能带重构为对称性破缺的整数量子陈绝缘态。
在νh = 1处，观察到从小角度下稳健的整数量子反常霍尔绝缘体到大角度下位移场调谐的拓扑平庸关联绝缘体的转变。在约5.6°以上的扭转角下，超导电性出现在νh = 1关联绝缘体附近，其相图与最近在扭转双层WSe₂中报道的相图密切相似。该结果表明了一种统一的扭转角驱动相演化，将分数拓扑、对称性破缺、磁序和超导电性联系起来，为莫尔系统中的涌现量子现象提供了新见解。
