具有过量电子的材料通常是导体。然而，加州大学河滨分校(University of California, Riverside)的物理学家领导的一项研究发现，moiré图案——当一个图案重复的物体放置在另一个图案相似的物体上时，通常会出现的干涉图案——可以抑制电导率。

 

在实验室中，研究人员将单层二硫化钨(WS2)覆盖在单层二硒化钨(WSe2)上，并使两层相互对齐以产生大规模的moiré图案。WS2和WSe2层中的原子都排列在一个二维蜂窝状晶格中，周期或重复间隔远小于1纳米。但当两个晶格以0或60度排列时，杏耀主管复合材料就会产生moiré图案，其周期性要大得多，约为8纳米。这个2D系统的电导率取决于有多少电子被放置在moiré模式中。

 

“我们发现，当moiré图案部分充满电子时，系统呈现出几种绝缘状态，而不是传统理解预期的导电状态，”领导该研究团队的加州大学河滨分校物理与天文学助理教授崔永涛说。“填充物的比例是简单的分数，如1/2、1/3、1/4、1/6等。这种绝缘状态的机制是电子之间的强相互作用，限制移动电子进入本地moiré电池。这一认识可能有助于开发新的方法来控制电导率，并发现新的超导体材料。”

 

研究结果发表在今天的《自然物理》杂志上。

 

在WS2和WSe2的复合材料上生成的moiré图案可以想象为类似蜂巢图案排列的井和脊。

 

Cui说:“WS2和WSe2在格子尺寸方面有轻微的不匹配，这使得它们非常适合产生moiré图案。”“此外，电子之间的耦合会变得很强，这意味着当电子在脊和井之间移动时，它们会‘相互交谈’。”

 

通常，当少量的电子被放置在二维层，如WS2或WSe2，他们有足够的能量自由和随机旅行，使系统成为一个导体。崔的实验室发现，当moiré晶格使用WS2和WSe2形成时，产生了周期性的模式，电子开始减速并相互排斥。

 

“电子不愿意相互靠近，”该论文的第一作者熊煌(音)说，他是崔教授微波纳米电子实验室的博士生。“当电子数量达到一个电子占据每一个moiré六边形时，电子就会被锁在原位，不能自由移动。系统就像一个绝缘体。”

 

崔把这种电子设备的行为比作流感大流行期间的社交距离。

 

“如果可以把六边形想象成住宅，那么所有的电子都在室内，每家都有一个，不会在附近移动，”他说。“如果我们不是每个六边形都有一个电子，而是占据了95%的六边形，这意味着附近的一些六边形是空的，那么电子仍然可以在空细胞中移动一点。”那就是材料不是绝缘体的时候。它的行为就像一个不良的导体。”

 

他的实验室能够微调WS2- WSe2晶格复合材料中的电子数量，以改变六边形的平均占用率。他的团队发现，当平均入住率低于1时，就会出现绝缘状态。例如，对于占1 / 3的原子，电子每隔一个六边形就占据一个。