可以在二维 (2-D) 异质结构中观察到称为莫尔晶格的新周期性结构，其中包含晶格向量略有不同的层，这反过来又可以支持新的拓扑现象。因此，获得这些莫尔晶格和超结构的高分辨率成像以了解新兴物理学非常重要。在现在发表在《科学进展》上的一份新报告中，Kyunghoon Lee 和一组科学家报告了使用扫描微波阻抗显微镜在环境条件下观察石墨烯样品中莫尔晶格和超结构的成像过程具有超高分辨率的实现。虽然设备的探针尖端保持了 100 nm 的总半径，但研究团队实现了优于 5 nm 的空间分辨率。这种设置允许直接可视化莫尔晶格和复合超莫尔条纹。研究人员还展示了由不同层之间的相互作用产生的新上层结构的人工合成。

具有莫尔晶格的拓扑物理和新量子现象

由于结构中的大晶格失配或小角度扭曲，由具有略微不同晶格矢量的原子级薄层组成的二维异质结构可以形成具有大周期性的莫尔晶格。这种结构在堆叠的二维材料中产生了新的长度和能量尺度，为在范德瓦尔斯异质结构中设计新的相关现象和拓扑物理提供了一个令人兴奋的新平台。当类似的晶格结构堆叠在一起时，可以形成莫尔晶格的超结构，为设计新的量子现象提供额外的灵活性。表征器件配置中的莫尔晶格和超结构对于理解和控制二维异质结构中丰富的莫尔物理是很重要的。

传统上，这可以通过透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM) 和扫描隧道显微镜来完成(STM) 技术。但大多数方法需要专门的样品制备协议，这些协议在很大程度上不适合观察功能设备。与现有方法相比，扫描微波阻抗显微镜 (sMIM) 是一种替代且有吸引力的莫尔成像工具，它将空间分辨率的优势与器件局部电特性的高灵敏度相结合。李等人。因此，他们展示了 sMIM 的超高分辨率实现，他们也将其命名为 uMIM，以在环境条件下对各种基于石墨烯的器件的莫尔晶格和超结构进行纳米级成像。

超高分辨率扫描微波阻抗显微镜

使用成像探头，该团队揭示了几种莫尔超结构，包括莫尔晶格的超调制和由紧密排列的扭曲石墨烯和六方氮化硼 (hBN) 层之间的相互作用产生的新Kagome 状莫尔结构。这种莫尔超结构可以为在范德瓦尔斯异质结构中设计量子现象提供新的途径。在实验过程中，该团队使用显微镜探测局部复杂的尖端-样品导纳. 观察到的尖端样品导纳取决于局部样品电导率，团队计算了实部和虚部 uMIM 信号(分别为 uMIM-Re 和 uMIM-Im)。虚信号可提供信息以快速评估局部电导率，因为它随样品的片电导率单调增加。新的分析成像方法提供了无孔径近场光学显微镜方法的微波版本。尽管与近场显微镜不同，研究人员在接触模式下进行了实验，其中尖端和样品之间的电磁耦合高度集中在尖端的顶点。

使用基于石墨烯的系统进行概念验证

该团队通过观察扭曲双双层石墨烯(tDBG) 中的莫尔超晶格展示了成像技术的能力。他们使用不同的信号解析了 tDBG 莫尔晶格中的三个不同域，以显示该技术基于局部电导率识别二维异质结构中莫尔晶格精细结构的有用性。为了证明该方法的空间分辨率能力，Lee 等人。沿莫尔晶格对莫尔缺陷进行成像，并以亚 5 纳米的分辨率解决这些缺陷。这种方法优于其他光学近场显微镜。

然后，科学家们展示了该方法在解决各种基于石墨烯的系统中的莫尔结构的普遍适用性。例如，该技术促进了使用标准等离子体增强化学气相沉积合成的外延生长单层石墨烯/hBN(六方氮化硼)样品中的莫尔条纹观察. 该方法还解析了扭曲三层石墨烯 (tTG) 和扭曲双层石墨烯 (tDBG) 中的三角形域。除了传统的莫尔晶格，超高灵敏度的显微方法还允许从具有不同晶格矢量的三个底层晶格对莫尔超结构进行成像，例如六方氮化硼 (BG/BG/hBN) 上的扭曲双双层石墨烯。虽然这种异质结构以前已经用传统技术成像，但它们仍有待在环境条件下观察。地形图像显示莫尔结构的修改，这可能导致修改的电子光谱，最终可能需要包含在材料电子结构的理论计算中。

调查其他莫尔上层建筑

李等人。然后使用该方法研究具有理想物理特性的其他莫尔超结构。例如，由于平带以及奇异的量子和磁相的存在，Kagome 晶格作为研究哈伯德物理学的平台引起了显着的关注。然而，Kagome 晶格晶体在自然界中相对稀少，而它们可以通过超冷原子研究中的光学超晶格进行模拟. 因此，该团队在 BG/BG/hBN(六方氮化硼上的扭曲双双层石墨烯)系统中开发了一种固态 Kagome 状莫尔超晶格，并通过成像技术可视化了一种特殊的莫尔复合材料。科学家们详细检查了由此产生的结构，并将其与理想 Kagome晶格的预期结构进行了比较。

外表

通过这种方式，Kyunghoon Lee 及其同事广泛展示了使用超高分辨率扫描微波阻抗显微镜 (sMIM) 作为一种简单、高通量和非侵入性的方法来表征莫尔超晶格和上层结构，包括莫尔缺陷。该团队还在基于石墨烯的范德华异质结构的多层堆叠中定制了 Kagome 超晶格。卓越的成像技术将提供对异质结构设计路径的更好理解，以研究它们与高级莫尔超结构中的量子现象的相关性。