量子扭转显微镜登上《Nature》

发布时间：2023-03-15 11:10:39 所属栏目：外闻来源：

导读：固体中电子是一个量子力学物体，最好用扩展波函数来描述，反映了它在空间位置叠加中的存在。扫描隧道显微镜（STM）的发明极大地改变了在真实空间中观察电子的方式。随后出现了大量其他扫描探针技术，可以对各种电子性

固体中电子是一个量子力学物体，最好用扩展波函数来描述，反映了它在空间位置叠加中的存在。扫描隧道显微镜（STM）的发明极大地改变了在真实空间中观察电子的方式。随后出现了大量其他扫描探针技术，可以对各种电子性能进行局部测量。到目前为止，现有的扫描显微镜一次只能在一个位置探测电子性能，由于无法探测几个隧道之间轨道的引力场的干扰，从而绘制出一系列空间中量子力学相位的一系列演变过程的图。因此，需要扫描干涉仪同时在多个位置量子相干地探测电子。

魏兹曼科学研究所J. Birkbeck展示了一种概念上的新型扫描探针显微镜——量子扭转显微镜（QTM），能够在其尖端进行局部干涉实验。QTM基于独特的范德瓦尔斯（vdW）尖端，与vdW样品接触形成二维界面，为电子隧穿进入样品提供了大量相干干涉路径。随着尖端和样品之间的扫描扭曲角的增加，该显微镜沿着动量空间中的一条线探测电子，类似于扫描隧道显微镜沿着真实空间中的线探测电子。QTM为量子材料的实验开辟了道路。相关研究工作以“The quantum twisting microscope”为题发表在国际顶级期刊《Nature》上。

在θ=0º两层的狄拉克锥在第一布里渊区的拐角处重叠，θ=21.8º，它们在第三布里渊区的拐角处重叠。真实空间与动量空间匹配的相关性与二维隧道结的量子相干性密切相关，在非相干结中，不同位置的隧穿事件是独立的，求和可得到总电流。在相干结构中，不同位置的隧穿事件相互干扰，产生对波函数局部相位敏感的电流。

在探测了MLG的能量之后，转向TBG。实验由MLG探针、双层WSe2屏障和具有2.7°扭曲的TBG组成。在动量空间中，TBG迷你布里渊区的拐角处拥有顶部和底部石墨烯片的狄拉克锥。当MLG旋转时，狄拉克锥沿动量空间中的恒定半径弧扫描TBG的能带，精确切割Ktop和Kbot，并靠近相邻小布里渊区的ΓM点（中心点）。

最后，展示了使用AFM施加力来调节QTM中的局部压力的能力，从而调节层间隧穿。在更大压力下，追踪带显示了平坦带和远距离带对压力的相反依赖性，反映了带反交叉随着p的增加而增加，正如层间隧道的增加所预期的那样。使用MLG带将Vb转换为能量偏移表明，平坦带宽度随p线性收缩，在p=0.68 GPa处减少17%，这与理论上预测6-14%的降幅相比是合理的。

QTM为两个独立的研究方向开辟了道路：它首先为一种高度可控的量子材料之间创造新的界面的途径提供参考。能够连续控制这些界面的关键参数（扭曲角），通常适用于层状导体、半导体和超导体。第二，它是一种新的扫描显微镜，可以直接获得电子系统的能量动量色散。鉴于该技术的简单性及功能强大，QTM有望成为实验凝聚态物理学中一个有价值的新工具。

（编辑：汽车网）

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