近日，我校物理与电子工程学院青年教师徐巧玲与钱塘高等研究院的冼乐德教授，以及德国马克斯·普朗克研究所、美国宾夕法尼亚大学、德国亚琛工业大学等国际团队合作，在国际物理学顶尖期刊Physical Review X（中科院一区TOP，《自然科学类高水平期刊目录》中T3级期刊）上发表了题为《Engineering 2D square lattice Hubbard models in 90° twisted Ge/SnX (X=S, Se) moiré superlattices》的研究论文(DOI: https://doi.org/10.1103/wcbz-lbr1)，arXiv网站（http://arxiv.org/abs/2406.05626）。徐巧玲为该论文的第一作者，四川师范大学物理与电子工程学院为第一署名单位。

 该研究提出了一种全新的理论设计方案，利用常见的矩形晶格二维材料，构建出理想的莫尔方型晶格的关联材料，为在高度可控的二维材料平台中模拟和研究高温超导等强关联物理现象开辟了新路径。

  突破传统局限，巧用“转角”构建新模型

  哈伯德模型是凝聚态物理中描述电子强关联作用的基石性模型，对理解高温超导、莫特绝缘体等前沿物理现象至关重要。然而，在实验上实现一个高度可控且纯净的方晶格哈伯德模型，尤其是具有可调次近邻跃迁（即“阻挫”效应）的体系，一直是该领域的巨大挑战。徐巧玲老师及其合作者独辟蹊径，提出将两层具有矩形晶格的二维材料旋转90度后堆叠。这种巧妙的堆垛方式，利用材料本身两个方向上的微小晶格常数差异，自然地形成了一个具有孤立平带特征的方形莫尔超晶格。该方案突破了以往必须寻找稀缺的方形晶格材料的限制，极大地拓宽了可选材料范围。

  预测理想平台，揭示高温超导模拟潜力

  通过第一性原理计算和深入的理论分析，研究团队发现，在90度转角的GeSe、GeS和SnS等双层及多层结构中，导带底会涌现出极其平坦的电子能带。这些平带可以被一个有效的方晶格哈伯德模型精确描述，其关键参数（如最近邻和次近邻跃迁强度）可以通过选择不同材料、改变层数或施加外电场进行灵活调控。尤为重要的是，研究预测在特定构型的转角四层GeSe中，次近邻跃迁与最近邻跃迁的比值高达20%以上，这与铜基高温超导体中铜氧面的关键特征非常相似。这意味着该体系有望成为一个理想的“量子模拟器”，用于模拟和研究高温超导的微观机制。

  理论前景广阔，开启量子材料研究新篇章

  这项工作不仅提出了一个具体可行的材料实现方案，还进一步通过高级计算手段（如DFT+U+V和泛函重整化群FRG）预测，在该体系的莫尔平带中，在电子半填充时会出现反铁磁绝缘态（莫特绝缘体），并通过掺杂可能实现d波超导。这为在实验室中全面探索方晶格哈伯德模型的丰富相图（包括磁性、电荷序和非常规超导性之间的竞争）提供了前所未有的平台。

  此项研究成果的发表意味着我校在物理学领域的研究取得了原创性突破。该成果是理论引导材料设计的典范，展现了我校科研人员在凝聚态物理前沿领域的深厚积累和创新能力，也标志着我校在国际合作研究方面的重要进展。

编辑：唐荣   审核：闫从华   终审：廖磊