利用低能电子显微镜揭示锑烯扭转双层中moire超晶格对比的畴结构研究

本研究通过低能电子显微镜（LEEM）揭示了α/β相锑烯（Sb）扭转异质结构中畴形态的moire超晶格对比机制。研究人员发现单畴β-Sb覆盖双畴α-Sb时，两种不同对称性的moire图案直接反映了底层α-Sb的畴结构，为二维材料界面调控提供了新见解。该成果发表于《Ultramicroscopy》，对开发新型二维电子器件具有重要意义。

　　

在二维材料研究领域，不同晶体结构的原子层通过特定角度扭转堆叠时，会产生被称为moire超晶格的周期性图案。这种结构能诱导出奇特的物理现象，如平带电子态、拓扑导电通道等。然而，对于非六方对称的二维材料（如矩形结构的α相锑烯与蜂窝结构的β相锑烯）形成的扭转异质结构，其大尺度畴形态的观测仍存在技术挑战。传统扫描探针显微镜虽能实现原子级分辨率，却难以捕捉数十微米尺度的畴区分布特征。

波兰国家科学中心资助的研究团队创新性地采用低能电子显微镜（LEEM）技术，在钨（W(110)）衬底上构建了α/β相锑烯扭转异质结构。通过正常入射电子束的明场成像模式，首次实现了对双畴α-Sb（覆盖单畴β-Sb）体系的宏观可视化观测。研究发现，两种镜像对称的α-Sb畴区与上层β-Sb分别形成不同对称性的moire图案，其对比度差异直接反映了底层材料的畴结构特征。这种非破坏性的表征方法为复杂二维异质结的大尺度分析提供了新范式。

关键技术方法包括：1）超高真空条件下利用LEEM III系统进行原位观测；2）通过μLEED（微区低能电子衍射）确定纳米尺度区域的晶体结构；3）在W(110)衬底上精确控制α/β相锑烯的生长温度（α相：室温至400K，β相：400-470K）；4）采用2-5eV低能电子束实现moire图案的高灵敏度成像。

实验结果
moire超晶格对比机制
研究发现当β-Sb以<110>晶向外延生长于α-Sb/W(110)体系时，上层β-Sb的单一畴区与下层α-Sb的两个镜像畴分别形成两类moire图案。衍射分析表明，这种对比源于两种moire超晶格不同的对称性（矩形vs.斜方）及其与电子束的干涉效应。

畴结构演化规律
通过变温生长实验证实，α-Sb畴区取向受W衬底台阶边缘调控，而β-Sb的取向选择则由界面应变能主导。在400-470K生长温度范围内，β-Sb优先沿α-Sb的<110>方向排列，形成明确的扭转角关系。

结论与意义
该研究首次实现了二维锑烯异质结畴结构的非破坏性、大尺度可视化，阐明moire对比度与晶体对称性的内在关联。这不仅为理解复杂二维体系的界面耦合提供了新视角，更推动了LEEM技术在扭转电子学领域的应用。研究成果对设计基于锑烯的量子器件和拓扑材料具有重要指导价值，相关方法论可扩展至其他非六方对称二维材料体系的研究。