Nature：WSe2/WS2超晶格中的低温光电与磁光性质研究进展
20世纪60年代物理学家约翰·哈伯德提出的hubbard模型是一个简单的量子粒子在晶格中相互作用的物理模型，该模型被用于描述高温超导，磁性绝缘体，复杂量子多体中的物理机制。hubbard模型在二维材料中的验证可以当做是量子模拟器，用以解释强关联量子粒子中的问题。近期，美国康奈尔大学的jie shan课题组在《自然》杂志上发表了wse2/ws2超晶格中的低温光电与磁光性质新进展，验证了hubbard模型在二维材料体系中的实用性。
文章通过对对角相排列的二硒化钨（wse2）与二硫化钨（ws2）的研究，得到二维三角晶格hubbard模型的相图。如图1a所示，由于双层wse2/ws2的4%晶格失配而形成三角形的莫尔超晶格。通过调控双层wse2/ws2器件的偏置电压来调控载流子浓度与填充因子，从而研究其电荷和磁性能。值得注意的是，wse2/ws2之间的扭转角不同，两者的反射光谱展现出不同的性质（见图1d与图1e）。同时，在反射对比中观察到准周期调制，这可能与半整数莫尔代填充有关。
图1. wse2/ws2超晶格晶胞(a)，能带(b)与器件示意图(c), wse2/ws2扭转角分别为20度（d）与60度（e）时候的反射光谱数据。
通过测量wse2/ws2超晶格器件的电阻，作者发现当填充因子是0.5（半填充）或者1（*填充）时，电阻变化大（见图2c），该结果表明该器件在半填充与*填充的时候具有绝缘态。
图2. a: 温度1.65k，wse2/ws2超晶格反射光谱随载流子浓度调控变化图。b: 反射光谱强度与填充因子的关系图。c: 不同温度下，器件电阻与填充因子曲线(内置图，电阻随温度变化图）。
图3. a: 温度1.65k，wse2/ws2超晶格圆偏振反射光谱随磁场变化。b: 不同填充因子情况下反射光谱塞曼分裂结果。c-d: g因子随温度变化结果。
在半填充状态下，左旋圆偏振与右旋圆偏振测量的wse2/ws2超晶格反射光谱在磁场下具有不同峰位（图3a）。该峰位差即是反应了磁场引入的塞曼分裂现象。通过分析g因子随温度变化的结果，确认温度高于4k时，wse2/ws2超晶格的磁化率与温度关系符合居里-韦斯定律（curie–weiss law）。对以上磁化率与温度结果的进一步分析可以证实在wse2/ws2超晶格中hubbard模型*适用。
文章中，作者使用了德国attocube公司的attodry2100低温恒温器来实现器件在极低温度1.65k下通过电场与磁场调控的低温光学实验。该工作成功地表明莫尔超晶格是很好的研究强关联物理并适用hubbard模型的平台。
图4：低振动无液氦磁体与恒温器—attodry系列，超低振动是提供高分辨率与长时间稳定光谱的关键因素。
attodry2100+cfm i主要技术特点：
+ 应用范围广泛: pl/el/ raman等光谱测量
+ 变温范围：1.5k - 300k
+ 空间分辨率：< 1 μm
+ 无液氦闭环恒温器
+ 工作磁场范围：0...9t (12t, 9t-3t，9t-1t-1t矢量磁体可选)
+ 低温消色差物镜na=0.82
+ 精细定位范围： 5mm x 5mm x 5mm @4k
+ 精细扫描范围：30 μm x 30 μm @4k
+ 可进行电学测量，配备标准chip carrier
+ 可升级到afm/mfm、pfm、ct-afm、kpfm、shpm等功能
参考文献：
[1]. yanhao tang et al, simulation of hubbard model physics in wse2/ws2moiré superlattices, nature, 579,353–358(2020)
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通过测量wse2/ws2超晶格器件的电阻，作者发现当填充因子是0.5（半填充）或者1（*填充）时，电阻变化大（见图2c），该结果表明该器件在半填充与*填充的时候具有绝缘态。
图2. a: 温度1.65k，wse2/ws2超晶格反射光谱随载流子浓度调控变化图。b: 反射光谱强度与填充因子的关系图。c: 不同温度下，器件电阻与填充因子曲线(内置图，电阻随温度变化图）。
图3. a: 温度1.65k，wse2/ws2超晶格圆偏振反射光谱随磁场变化。b: 不同填充因子情况下反射光谱塞曼分裂结果。c-d: g因子随温度变化结果。
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参考文献：
[1]. yanhao tang et al, simulation of hubbard model physics in wse2/ws2moiré superlattices, nature, 579,353–358(2020)
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