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1. 研究团队与发表信息
本研究由韩国首尔国立大学、韩国高等科学技术院（KIAS）、哈佛大学、明尼苏达大学等机构的联合团队完成，通讯作者为Young-Woo Son（韩国高等科学技术院）和Hyobin Yoo（首尔国立大学）。论文标题为《Unconventional Domain Tessellations in Moiré-of-Moiré Lattices》，发表于Nature期刊2025年5月22日第641卷。

2. 学术背景
研究领域：二维材料（如石墨烯）的莫尔超晶格（moire superlattice）结构与电子性质调控。
研究动机：
- 多层扭转石墨烯（如三层扭转石墨烯，TTG）的莫尔-莫尔晶格（moire-of-moire lattice）能产生复杂的重构域结构，可能孕育拓扑缺陷和奇异电子态（如超导、关联绝缘体）。
- 此前研究多关注扭转角大于1°的体系，而小扭转角（<0.1°）下长程层间相互作用和堆叠序竞争（如Bernal与菱面体堆叠）对重构的影响尚不明确。
研究目标：
通过原子尺度实验与模拟，揭示TTG在小扭转角下的结构相图，阐明堆叠序竞争如何驱动对称性破缺和非传统域网络形成。

3. 研究方法与流程
（1）样品制备
- 方法：采用“切割-堆叠法”（cut-and-stack method）精确控制两层扭转角（θ₁₂和θ₂₃），覆盖六方氮化硼（h-BN）保护层。
- 创新点：通过导电原子力显微镜（AFM）切割单层石墨烯，实现扭转角低至0.06°的调控，精度远超传统机械剥离法。

（2）结构表征
- 透射电子显微镜（TEM）：
- 选区电子衍射（SAED）：确定扭转角并验证样品质量（图1c）。
- 暗场成像（DF-TEM）：利用一级（如g=1010）和二级布拉格峰（如g=1210）区分不同堆叠序（Bernal与菱面体）和域壁网络（图1d-f）。
- 倾斜系列成像：通过样品倾转分析原子堆叠构型（图1e）。
- 原子分辨率成像：球差校正环形暗场扫描TEM（ADF-STEM）直接观察局部堆叠序。

（3）理论模拟
- 原子势场优化：
- 改进Kolmogorov-Crespi（KC）势函数，引入长程层间相互作用（如顶层与底层间的高斯势），以准确描述Bernal与菱面体堆叠的微小能量差（~0.1 meV/原子）。
- 开发并行化算法，优化包含百万原子的莫尔超晶胞。
- 电子结构计算：基于紧束缚模型，研究不同域构型（如Kagome、六角星）的局域电子态（图4）。

4. 主要结果
（1）对称性破缺的原子重构
- 在θ₁₂=0°、θ₂₃≈0.06°的TTG中，观察到Kagome-like域网络：六个菱面体堆叠（ABC/ACB）的三角域围绕一个Bernal堆叠（ABA/ACA）的六角域，后者被一维向列（nematic）域壁分割（图1d, 2a）。
- 自发对称性破缺（SSB）：六角域内域壁方向三选一，导致原始六重旋转对称性降至二重（图2h-i）。

（2）结构相变与能量竞争
- 相变临界角θₖ≈0.05°：当θ₂₃<θₖ时，系统从“彩色三角域”（Bernal与菱面体堆叠各占50%）突变为Kagome域（Bernal占75%），源于Bernal堆叠的微弱能量优势（图2c）。
- 相图构建：通过调控θ₁₂和θ₂₃，发现多种域构型，包括简单三角、双色三角、六角星等（图3a-f）。

（3）电子态调控
- 电场响应：垂直电场下，菱面体域打开带隙，而Bernal域保持金属性，边界处出现拓扑保护的一维导电通道（图4b-d）。
- Kagome域的独特态：顶点处存在哑铃状局域态，可能为关联电子态（如超导或磁性）提供平台。

5. 研究结论与价值
科学意义：
- 首次绘制了小扭转角TTG的完整结构相图，揭示了堆叠序竞争和长程相互作用对莫尔重构的决定性作用。
- 提出“莫尔-莫尔域壁工程”新范式，为调控二维材料电子态（如拓扑边界态、关联绝缘体）提供新途径。
应用潜力：
- Kagome域网络可模拟人工量子自旋液体，而六角星域可能用于设计非线性光学器件。
- 研究结果为多层扭转角调控的器件（如超导晶体管）奠定基础。

6. 研究亮点
- 方法创新：结合高精度DF-TEM与改进的KC势函数，实现了原子尺度重构的动态捕捉。
- 理论突破：发现微小能量差（0.1 meV/原子）可驱动宏观对称性破缺，挑战了传统莫尔物理的局域相互作用假设。
- 现象独特性：TTG中Bernal与菱面体堆叠的竞争导致多级域结构，与双层石墨烯（仅Bernal堆叠）有本质区别。

7. 其他价值
- 实验数据公开（可通过通讯作者获取），支持后续理论模型验证。
- 提出的“域壁拓扑网络”概念可推广至其他二维异质结（如过渡金属硫化物）。

（报告总字数：约1800字）