上海交大吕佰晴与合作者发文：堆叠非公度电荷密度波带来的大周期莫尔超晶格

近日，上海交通大学李政道研究所/物理与天文学院/张江高等研究院吕佰晴副教授、麻省理工学院Nuh Gedik教授、北京大学王楠林教授、斯坦福大学Zong Alfred助理教授、北京量子院吴东副研究员、中科院物理研究所孟胜研究员、康奈尔大学Jacob P. C. Ruff研究员以及哥伦比亚大学苏一帆博士等国内外团队联合攻关，在层状半导体电荷密度波材料EuTe₄中取得重要进展。他们将莫尔超结构研究扩展至具有本征非公度序堆叠的体相材料(图1)，并在准二维电荷密度波材料EuTe4中报道了一种具有巨大热滞回效应的莫尔超结构。成果发表在Nature Materials上。

图1 莫尔超晶格的几种代表性形成方式

EuTe₄因其独特性质日益受到关注，包括巨大热回滞效应，以及对温度不敏感的非公度面内电荷密度波波矢。这些特征表明，堆叠在一起的非公度单层与双层电荷密度波之间存在着复杂的相互作用。然而，堆叠无序等晶体缺陷阻碍了体材料直接实验证据的获得。研究团队通过对机械剥离的超薄EuTe₄薄片进行高通量、高分辨率的X射线衍射测量，成功区分出沿面外方向的晶格调制，并首次为具有不同调制矢量的单层与双层电荷密度波的共存提供了直接实验证据（图2）：单层的调制矢量q₁ = 0.644(5)b*，双层的调制矢量q₂ = 0.678(5)b*+0.5c，其中b和c*是倒格子基矢。

在此基础上，研究团队发现：

1. 两种面内调制矢量差异极小的电荷密度波堆叠，产生了实空间周期约为13.6纳米的非公度莫尔超结构。同时，这一莫尔超结构与晶格之间存在相互作用，进一步形成了公度莫尔调制。

2. 尽管双层和单层电荷密度波各自都是非公度的，但它们通过关系式 q₁+2q₂= 2b*+c*被共同锁定在高对称性的晶格上，这解释了q₁和q₂不随温度变化的反常特性。

3. 有趣的是，共同锁定的单层/双层电荷密度波的强度与公度莫尔重构之间的直接竞争，产生了具有巨大热回滞效应的莫尔超结构，这正是观测到的电阻率中巨大热滞回现象的根源。

这项工作不仅为在具有堆叠非公度序的层状材料中探索莫尔物理开启了新篇章，而且为理解EuTe₄的特殊物性提供了关键信息。

图2 EuTe₄的X射线衍射图谱和电荷密度波调制结构示意图

论文原文：https://www.nature.com/articles/s41563-025-02360-1

作者： 李政道研究所 供稿单位： 李政道研究所