谭平恒课题组在转角双层二维材料声子重整化的研究方面取得重要进展
将两个相同的单层二维材料相对地旋转一定角度并垂直地堆垛在一起可形成转角双层二维材料(TBL)。两层之间的转角会在界面处引入超晶格莫尔势，从而可以周期性地调制其晶格结构、能带结构和光学选择定则等重要的物理性质。通过精确调控转角，可对这类材料中的诸多关联电子相和光学性质进行精细地调控。例如，在魔角石墨烯(转角~1.1◦)中，小到0.05-0.1◦的转角改变就能导致不同的关联电子相，包括超导、轨道磁性和关联绝缘态等。类似现象在转角双层过渡金属硫族化合物（TMD）中也存在，只是对角度的灵敏性有所下降，例如在转角双层WSe2中，关联绝缘态在转角为4◦-5.1◦的范围内均可观察到。
早期莫尔超晶格的实验结果基本上都是基于刚性晶格模型来解释的，即局域原子堆垛方式仅由本征单层二维材料间的转角来决定。但是，近期的理论和显微实验表明，在转角双层TMD材料中，将发生本征的晶格驰豫现象。当转角θ小于2◦时，通过压电力学显微镜和扫描透射电子显微镜均可观察到一系列镜像对称的三角形（AB/BA堆垛）区域，三角形之间通过非常窄的边界网格分开，这说明小转角的双层TMD材料的晶格驰豫会导致晶格结构的重构。这就对以前基于刚性晶格模型的电子行为来理解相关物理性质提出了新的挑战。事实上，晶格重构主要来源于层间相互作用和层内晶格应变之间的竞争。这种竞争与两层之间的转角非常敏感。由于层间相互作用和层内晶格应变都可直接调制晶格振动，因此，声子对晶格重构也非常敏感，尤其是层间振动的声子。对晶格重构下声子行为的探测和理解将有利于进一步理解其对电子行为的调制，同时还有望为调制电子-声子耦合提供新的自由度。
最近，谭平恒研究组与得克萨斯大学奥斯汀分校的李晓勤教授和维也纳工业大学的F.Libisch教授合作，利用拉曼光谱技术研究了转角双层MoS2中转角对声子行为的调制作用。研究发现，转角的变化会导致声子谱的重整化现象，因此通过显微拉曼光谱技术就可以获得纳米尺度下莫尔超晶格的晶格畸变和应变信息。根据声子谱的重整化现象，可将莫尔超晶格的重构演变分为三个区域：在驰豫(0-2◦)和刚性(>6◦)区域，拉曼光谱基本不随转角变化；在2-6◦(连续魔角)范围内，低频区域的层间剪切模和层间呼吸模由于莫尔超晶格的重构现象和不同声子模的强耦合现象会发生剧烈变化，同时高频的平面内振动声子由于局域畸变发生劈裂。此外，L.Linhart博士和F. Libisch教授还发展了低能耗连续介质模型来计算转角二维半导体材料中的声子，这是超大莫尔超胞性质计算方面的重要进展。该模型将电子和声子自由度放在同等地位，将有望拓展到电子-声子耦合的理论计算。该项研究成果于近期在线发表于《Nature Materials》(DOI:10.1038/s41563-021-00960-1)。谭平恒研究员、F.Libisch教授和李晓勤教授为该论文的共同通信作者，半导体所林妙玲博士为该论文的第三作者。该成果为莫尔物理学提供了一个全新的调控角度，这对研究在转角二维半导体材料中电声子耦合对维格纳晶体态稳定性、磁有序和金属-绝缘体转变等性质的影响有重要意义。
转角双层MoS2的晶格结构和拉曼光谱以及利用低能耗连续介质模型所计算布里渊区中心声子随转角改变的演变规律