新闻网讯（通讯员吴轩）4月20日，nature（《自然》）子刊npjComputational Materials（《计算材料学》）在线发表了物理科学与技术学院2018级本科生龙敏关于石墨烯/氮化硼莫尔超晶格的研究新进展。
论文题为“An atomistic approach for thestructural and electronic properties of twisted bilayergraphene-boron nitrideheterostructures”。龙敏为论文第一作者，詹真博士和袁声军教授为通讯作者，西班牙IMDEANanociencia研究所Pierre A.Pantaleón博士、Francisco Guinea教授和JoseÁngelSilva-Guillén博士作为共同作者参与本项研究工作，武汉大学物理科学与技术学院为论文第一署名单位。
图：旋转双层石墨烯/氮化硼莫尔超晶格的结构图（图a）；晶格弛豫诱导产生的面内形变（图b）、形变势能（图c）和贋磁场（图d）；莫尔超晶格的能带图和电子态密度分布（图e）
在过去十余年，低维量子体系由于独特的结构和极强的可调性等特点，成为凝聚态物理和材料科学研究的热点。通过选择不同的二维材料并控制它们的堆垛方式可以获得具有不同物理性质的莫尔超晶格结构。其理论研究的难点之一，在于超晶格的晶胞通常包含数量众多的原子，导致基于密度泛函理论的第一性原理因庞大的计算量而难以展开。如目前对石墨烯/氮化硼莫尔超晶格的理论研究通常都是从低能有效模型出发，将氮化硼的效应以莫尔周期势的形式体现在石墨烯体系的哈密顿量中。低能有效模型可以解释部分实验现象，但模型忽略了晶格弛豫的影响，不能考虑原子级的真实形变，因此难以对真实体系进行精确模拟。
在该工作中，结合半经典分子动力学和紧束缚近似，课题组发展了一种原子尺度的计算方法，系统研究了氮化硼衬底对魔角双层石墨烯晶格结构和电学性质的影响。在石墨烯/氮化硼体系中，氮化硼衬底打破了魔角双层石墨烯的层简并度，低能部分的平带出现分裂，但这种层简并度可以通过再叠加一层氮化硼来恢复。同时，氮化硼衬底打破了石墨烯平面内的对称性，在平带之间打开了一个大小约为25-30meV的能隙，与已有实验中所观察到的数值一致。同时，结合自主研发的紧束缚传播方法和大尺度模拟软件TBPLaS，课题组在魔角双层石墨烯/氮化硼莫尔超晶格中观测到布朗-扎克费米子。
该研究成果有助于更深入地研究石墨烯莫尔超晶格的新奇物性，同时为相关体系的理论研究提供了更为精确的低能有效模型。该研究得到了国家自然科学基金委员会、国家重点研发计划和欧盟委员会的资助。
龙敏作为优秀本科生代表，通过参加学院“本科生能力提升工程”，大二就加入袁声军教授课题组，接受到了较为系统的科研训练。物理科学与技术学院于2019年开始实施本科生能力提升工程，引导学生“早进课题组、早进实验室、早确定研究方向”。三年来，共有200余名本科生参加，其中，以第一作者发表SCI论文9篇（另有2篇在投稿），获得各类创新赛事国家级一等奖18人、国家级二等奖7人、国家级三等奖10人、省部级奖励68人。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41524-022-00763-1
（编辑：陈丽霞）
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