半导体超晶格的概念可追溯至1969年，江崎玲于奈与朱兆祥提出通过交替堆叠不同材料薄层来构造具有定制电子性质的人工晶体。如今，一种全新的超晶格范式正在兴起——不再依赖逐层沉积，而是利用二维晶体相互扭转或轻微失配时产生的莫尔图案。在扭转双层石墨烯中，莫尔超晶格已相继催生出超导、关联绝缘体和拓扑相等一系列重大发现。
然而，真实体系远比理想的刚性晶格复杂。层间弱范德华耦合允许各层弛豫至更低能量的堆垛构型。比如，在双层石墨烯中形成不同堆叠序的畴区，畴区之间由导电沟道分隔。当引入更多层时，多个莫尔图案之间的干涉会产生更长周期的“超莫尔”调制，带来全新的调制尺度和新奇物理。而各层以相同旋向等角扭转堆叠的“螺旋三层石墨烯（HTG）”尤为引人注目。理论预言其晶格将重构为三角形畴区镶嵌图案，相邻畴区携带相反的陈数。这意味着畴壁上将涌现出拓扑边界态。然而，如何在实空间中直接观测和调控这一超莫尔结构，一直是领域内亟待突破的核心难题。
中国科学院半导体研究所张昕研究员与谭平恒研究员在《半导体学报（英文）》2026年第5期发表News and Views文章“Supermoiré domains in helical trilayer graphene”，评述了Hoke等人首次在实空间中对HTG超莫尔弛豫图景进行直接成像的重要工作，并深入阐释了应变工程在调控拓扑超晶格中的关键作用。
该研究团队利用对局域电子压缩率极度灵敏的扫描单电子晶体管（SET）探针，对封装在六方氮化硼（h-BN）中的HTG器件进行精细扫描成像（见图1）。实验结果揭示了以下关键发现：
在单个畴区内部，晶格已弛豫为高度有序的莫尔图案，对应扭转角约为1.45°；而在更大尺度上，数据呈现出尺度达数百纳米的周期性超莫尔调制——远超莫尔波长本身（约10 nm）。这一超莫尔图案在空间上呈现为三角形局域极大值（对应畴区中心）与蜂窝状极小值（对应AAA堆叠区）交织的精美镶嵌结构。这与HTG弛豫晶格的理论预言高度吻合，证实畴区内部带隙的开启，而畴壁上存在无能隙的拓扑边界模式。
对同一器件进行热处理后，超莫尔畴区显著增大且更趋各向同性，而局域莫尔波长却保持不变。这表明异质应变是控制超莫尔网络形貌的核心变量，即应变可在不扰动局域莫尔电子结构的前提下，独立调控超莫尔尺度的畴区分布，为无损应变工程开辟了全新思路。
这一成果有力地推动了二维材料体系中应变调控拓扑量子态的基础研究，为后续在过渡金属硫属化合物、二维磁性和超导等更广泛材料体系中开展莫尔尺度的拓扑-关联-磁性协同调控研究奠定了重要基础。
图1.（a）扫描单电子晶体管测量示意图，插图为HTG弛豫超莫尔晶格示意。（b）器件光学显微图像。（c-d）热循环前局域扭转角与逆压缩率空间分布图，揭示三角形超莫尔畴结构。（e）按实验与理论畴区面积之比着色的重构畴网络图。（f-h）热循环后对应图像，畴区显著增大而局域莫尔波长不变。（i-j）超莫尔波长随扭转角失配与异质应变的理论计算依赖关系。（k）热循环前后畴区面积分布直方图。
该文章以题为“Supermoiré domains in helical trilayer graphene”发表在Journal of Semiconductors上。
文章信息：
Supermoiré domains in helical trilayer graphene
Wenjun Wang, Pingheng Tan, and Xin Zhang
J. Semicond. 2026, 47(5), 050402 doi: 10.1088/1674-4926/26030014
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