二维材料范德华转角异质结是一类近年来引发学界广泛关注的人工量子材料体系。通过人工精准转移-堆叠技术，将二维材料制备成范德华转角异质结进而加工成微纳器件，这一体系中的关联绝缘态，非常规超导态，非平庸拓扑物态，磁性，铁电性等新奇物性已经被广泛报道。同时，堆叠转角，电场，磁场，光场，应力场等外场调控手段对该体系具有优异的调控能力。因此，二维范德华异质结的研究已经成为了材料物理和凝聚态物理研究的前沿方向之一。

         转角单层-双层石墨烯(Twisted Monolayer-Bilayer Graphene, TMBG)是将单层和双层石墨烯以一定转角堆垛起来的异质结，相比于最早报道的魔角石墨烯(Twisted Bilayer Graphene, TBG)，TMBG晶格对称性更低，能带结构有更好的电场可调性，且输运测量中已经证实了该体系中部分填充的平带具有拓扑非平庸性。但是微观尺度下这种拓扑性质的表现形式，以及该体系的平带结构随外电场的演化仍缺乏研究。近日中国科学院大学材料科学与光电技术学院姜宇航研究团队首先通过精准转移技术构筑了转角为1.04°±0.02°的单层-双层石墨烯异质结，进而结合低温扫描隧道显微镜和栅电压调节的手段对其电子能带结构以及关联态的演化进行了研究。他们发现在导平带部分填充情况下，电子间的关联作用将使其在莫尔超晶格的原胞中重新分配，形成电子晶体相。进一步结合体系能带的拓扑非平庸性，可利用扫描隧道谱学成像技术直接观测出超晶格中拓扑环的形成。这一研究结果表明转角单层-双层石墨烯体系中电子间强关联相互作用能不仅诱导出电子晶体，通过栅电压的调节还能实现对拓扑态等量子物态的调控，STS谱学成像技术还可以直观辅助观测到这些物态在空间中的演化，为强关联诱导的拓扑物理研究提供了有效的研究平台。

探索和发现新奇的超导态以及研究超导态与其它量子态的相互作用是现今凝聚态物理领域的重要课题。其中，研究超导态和磁性态之间的关联是人们一直致力于研究的方向，不仅有利于人们理解这些量子态的机理，还能为实现人工调控这些量子态打下重要基础。在单一材料中，超导和磁性往往不会共存。因此，研究者通过分子束外延生长异质结或者人工堆叠异质结的方式将具有超导和具有磁性的材料构筑在一起，从而研究其中的新奇超导或者相互作用。然而，无论是分子束外延生长还是人工堆叠，制备样品都具有极大的挑战性，往往不能完全按照人们的想法生长，亦或者生长出来的样品在尺寸和质量上有诸多限制，极大地限制了对其中超导态与其它量子态的研究。

        近日，中国科学院大学材料科学与光电技术学院姜宇航研究团队与北京大学陈剑豪研究团队合作，在单一块体材料6R-TaS2中观测到超导态与近藤共振态的共存现象。姜宇航研究团队利用自主设计搭建的极低温强磁场扫描隧道显微镜研究了6R-TaS2中两种解理面，即1H与1T面。通过原子分辨级扫描隧道显微镜形貌图像和高能量分辨率电导谱表明：（1）1H面具有3 × 3的电荷密度波态，且在极低温下打开超导能隙，大小约0.5 meV，超导转变温度约2.5 K。（2）1T面具有√13 × √13的电荷密度波态，且出现近藤共振峰。近藤共振峰在12 K左右消失。该研究是首次在1H与1T构筑的异质结材料中未经调控直接观测到超导态与近藤共振态共存的实验现象，为证明其中的伊辛向列超导态和隐藏磁性提供了强有力的微观谱学支撑。也为后续深入研究6R-TaS2中新奇超导现象、超导态与其它新奇量子态的相互作用打下基础。

 近几年来，超导体中的配对密度波态（Pair density wave，PDW），即一种超导序参量不需要外加磁场而随实空间振荡变化的量子态，相继在非传统超导体例如铜基、铁基、钒基和重费米子超导体中被研究者观测到。其新奇的物理性质成为人们研究的焦点。在上述超导体中，配对密度波往往和电荷密度波、超导态共存。除了上述几类超导体，在过渡金属硫族化合物（Transition-metal dichalcogenide，TMDC）中往往也存在电荷密度波与超导态。其中最具有代表性的例子就是2H-NbSe2，一种在7.2 K下同时具有电荷密度波和超导态的TMDC，长期以来被人们广泛研究，并在其中相继被观测到2重向列超导态、拓扑超导态、伊辛超导态和FFLO态等新奇物性。同时，研究者也在2H-NbSe2中观测到配对密度波态。然而，配对密度波与电荷密度波、超导态之间的相互作用与关联却仍然缺少研究。

        近日，中国科学院大学材料科学与光电技术学院姜宇航研究团队利用自主设计搭建的极低温强磁场扫描隧道显微镜，研究了NbSe2中的配对密度波，电荷密度波、超导态之间的联系与相互作用。他们发现在NbSe2中的存在两类配对密度波，并观测到不同配对密度波和电荷密度波之间的相互作用在原子尺度上存在明显差异。其中一类配对密度波没有破坏C3旋转对称性，而另一类破坏了C3旋转对称性，并且直接诱导出向列超导态。该成果是首次在NbSe2中观测到不同形式的配对密度波，同时对向列超导态给出直接证据。这一成果不但证明了NbSe2中存在有不同形式的配对密度波和向列超导态，还启发未来可以在其中或者其它过渡金属硫族化合物材料家族研究更加丰富的配对密度波和对其精确调控。

 平带体系是指能带在动量空间中色散被强烈抑制的一类量子材料。在这种体系中，电子的动能远小于其相互作用能，电子-电子关联效应成为主导物性的核心机制，从而可能催生超导、磁性等新奇量子现象。菱方多层石墨烯因具备本征的平带而备受关注，但这种结构在热力学上不稳定，容易转变为物性相对更平庸的堆垛方式，加上制备难度大、产率低，严重制约了相关研究的进展。

图：(a) mtMBG的STM形貌图。(b) 局域态密度分布图。(c) ABC区域出现平带。(d) 栅压诱导的平带四重劈裂。

       近日，中国科学院大学材料科学与光电技术学院姜宇航研究团队与物理科学学院毛金海研究团队合作，通过人工异质结堆叠策略，在小转角的单层-双层石墨烯（minimally twisted monolayer-bilayer graphene，mtMBG）体系中成功构建了大面积、均匀、稳定的菱方三层石墨烯结构，并呈现出平带结构。利用外加栅极电压调控，观测到导平带逐渐劈裂为四个子带，在此平带体系内实现自旋-谷简并度的逐步破缺，给出了半金属、四分之一金属等对称性破缺关联态的存在迹象。研究表明，mtMBG体系具备良好的结构稳定性与衬底兼容性，为探索分数拓扑态、自旋-谷极化相、边缘态等前沿量子现象提供了全新平台。