推进量子材料：一种控制电子态的新方法

来自马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所（MPSD）、南京大学、松山湖材料实验室（SLAB）和国际合作伙伴的研究人员组成的合作团队介绍了一种调节二维材料中奇异电子态的新方法

在先前关于扭曲范德华材料的研究基础上，物理学家团队现在发现了一种操纵扭曲双层二硒化钨（TDB-WSe₂）中相关电子态的新方法。这一突破为开发先进的量子材料和器件提供了新的可能性

通过在60度角附近精确扭转两个WSe₂双层并施加垂直电场，研究人员实现了对两个不同电子带（称为K谷和Γ谷带）之间相互作用的控制。这种调谐导致了对“谷电荷转移绝缘体”的观察，这是一种奇特的状态，其中电子运动高度相关，电导率受到抑制

南京大学物理学教授、该研究的资深作者王磊解释说：“这项工作表明，我们可以使用谷自由度来控制物质的电子相位，谷自由度可以作为一个新的‘旋钮’来调节材料的性质。”。“我们的发现为如何设计相关的绝缘态提供了更深入的理解，这对未来的量子技术至关重要。”

在不改变化学成分或引入重大无序的情况下操纵这些相关态的能力是一个重大进步。传统上，实现这种控制需要改变材料本身或施加大磁场。该团队的方法通过使用电场来调整电子带的相对位置，提供了一种更直接和可逆的方法，并揭示了Γ谷处一种新形式的平带

这项研究通过使用栅极控制将K谷带移动到Γ谷Hubbard带上，展示了从Mott–Hubbard绝缘体到谷电荷转移绝缘体的连续转变。这种可调行为为探索新的量子相打开了大门，在超导体、量子计算机和其他下一代技术中具有潜在的应用

这项研究发表在《自然通讯》上，代表了几个国际机构的合作努力，并强调了扭曲范德华材料在量子材料研究中的重要性日益增加

SLAB马克斯·普朗克合作伙伴小组教授兼组长Lede Xian说：“这仅仅是个开始。”。“我们相信，我们的工作为研究和利用强相关材料开辟了新的途径，这对下一代量子器件至关重要。”MPSD理论部主任Angel Rubio补充道：“这一发现为在原子水平上控制物质开辟了新可能性。”。“我们很高兴看到潜在的应用以及如何利用它来创造独特的功能。”

莫尔材料工程的进一步发展可能会带来新的、可调的特性，而这些特性是传统方法难以实现的，从而推动了材料科学的前沿。“这是一个非常有趣的情况，结构注册表的变化会导致一种新型的相关现象，”Rubio总结道。

这项最新研究强调了该领域的快速进展，并建立在该团队早期对扭曲范德华材料的研究的开创性见解之上。随着科学家们不断发现新的控制机制，在量子计算、节能电子等领域的突破性应用潜力仍然巨大且充满希望 More information: LingNan Wei et al, Valley charge-transfer insulator in twisted double bilayer WSe₂, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-56490-w

Journal information: Nature Communications