北京
近年来，以魔角石墨烯为代表的转角二维体系揭示了一系列新奇的量子物态，包括超导态、关联绝缘态、魏格纳晶格等，推动了凝聚态物理的前沿探索。“转角电子学”由此崛起，成为研究电子相互作用与几何调控耦合效应的重要新兴领域。然而，这一物理机制并不限于范德华二维材料。一个更具颠覆性的设想是，将转角调控的概念拓展至具有强电子关联效应的过渡金属氧化物体系，以实现对电子态的新型调控方式。得益于牺牲层技术的突破，无衬底束缚的自支撑过渡金属氧化物如今可以像二维材料一样进行转角堆叠，从而开启探索关联电子体系中moiré物理的新篇章。最新研究结果（Nature 2024, 626, 7999）发现，当两层自支撑钙钛矿结构氧化物发生转角堆叠后，界面处的原子重构可诱导出与moiré图案对应的铁电涡旋畴。这一发现不仅验证了强关联体系中转角调控的可行性，更预示了全新的关联态调控方式。相比之下，以钴氧化物为代表的磁性过渡金属氧化物材料由于其丰富的磁相互作用以及对电场、压力等外场的高灵敏性，构成了另一类极具前景的研究体系。其磁性如何受转角调制，是否能够实现类似魔角二维体系中的强关联物态，甚至是否能催生出新型的拓扑或自旋流态，都是值得深入探索的重要科学问题。
近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心L03组和Q04组联合南京大学，制备了高质量的自支撑La0.8Sr0.2CoO3薄层，并实现了其精准的转角堆叠。研究团队在实验中观测到，moiré图案的形成以及居里温度（TC）的变化均受到转角调控，揭示了转角在磁性关联电子体系中的潜在调控作用。在实验过程中，研究人员首先利用水溶性牺牲层Sr4Al2O7获得了厚度仅为5nm的自支撑薄层，并进一步制备了系列转角（α）连续可调的样品。利用高分辨扫描透射电子显微镜，研究团队清晰地观察到高度有序的moiré图案，并发现其波长（λ）与转角的关系遵循经典几何学moiré干涉规律，即：λ ~ a/2sin(α/2) 。结果表明，过渡金属氧化物体系中的转角堆叠同样可用于构筑周期性调制的电子态，与二维范德华材料体系中的moiré物理具有相似性。更重要的是，研究团队通过氮空位色心磁力计测量，发现转角双层区域的TC较单层区域显著降低，这一现象在单层过渡金属氧化物中从未被观测到。宏观磁性测量表明，随着转角减小，转角体系的TC呈现持续下降的趋势。这一结果表明，转角不仅影响材料的电子结构，还可能成为调控关联电子材料磁性相互作用的新机制。该结果不仅深化了我们对关联电子体系的理解，也可能为未来的量子信息与自旋电子学器件奠定新的物理基础。
该研究成果以“Deteriorated Interlayer Coupling in Twisted Bilayer Cobaltites”为题，于2025年3月31日在Nano Letters发表。中国科学院物理研究所博士生荣东珂、陈修齐、陈盛如（已毕业）为共同第一作者，郭尔佳研究员、刘刚钦研究员、金奎娟院士和南京大学邓昱教授为共同通讯作者。文章的合作者还包括中国科学院物理研究所张庆华副研究员、中国科学技术大学王凌飞教授、国家纳米中心郑强研究员等。本研究得到了国家重点研发计划（青年项目）、北京市杰出青年科学基金、国家自然科学基金委区域联合基金、中国科学院稳定支持青年团队和中国博士后科学 基金等项目的支持。
编辑：潇潇雨歇
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