近日，上海交通大学物理与天文学院李听昕课题组、姜生伟课题组、上海交大李政道研究所刘晓雪课题组，与美国田纳西大学Yang Zhang课题组合作在Nature Physics上发表了题为“Interplay between topology and correlations in the second moiré band of twisted bilayer MoTe2”的研究论文，揭示了3度附近转角半导体二碲化钼（MoTe2）第二莫尔拓扑平带中的新奇物性。二维半导体莫尔超晶格体系为研究拓扑和强关联量子物态提供了绝佳平台，过去几年中取得了一系列激动人心的发现。2023年，上海交通大学研究团队与美国华盛顿大学研究团队基于转角二碲化钼体系，分别独立地观测到分数量子反常霍尔效应这一新型拓扑强关联量子物态的确凿实验证据，引起了国际凝聚态物理学界的广泛关注。

此前，有关二维莫尔体系拓扑量子物态的研究主要集中在其第一拓扑平带，而不同拓扑平带因其量子几何等性质的区别可以演生出不同量子物态。比如，最近的理论研究工作表明，在转角二碲化钼体系的第二拓扑平带中，有可能存在有非阿贝尔分数量子反常霍尔效应，但有关第二莫尔拓扑平带的实验研究开展较少。

在此项研究工作中，研究团队在前期工作的基础上，通过制备高质量转角二碲化钼输运器件，结合低温电学输运和光谱学测量，系统研究了3度附近转角半导体二碲化钼中第一和第二莫尔拓扑平带的物理性质。实验发现，其第一拓扑平带中存在整数和分数量子反常霍尔态，这与先前报道的4度附近转角二碲化钼中的结果相一致。而在其第二拓扑平带接近半填充时，实验上观测到由相互作用诱导的铁磁性；进一步，通过外加垂直磁场，观测到该磁性金属态逐步演化为整数陈绝缘体态，这些实验观测与第一性原理计算的结果定性吻合。此外，该项研究工作也为3度附近转角二碲化钼中量子自旋霍尔态以及与自旋涨落相关的输运行为提供了实验证据。这些实验发现展示了转角二碲化钼第二莫尔拓扑平带的丰富量子物性，为进一步寻找非阿贝尔分数量子反常霍尔效应等新奇量子物态奠定了基础。

图 a, 转角二碲化钼输运器件示意图；b, 实验测得的纵向电阻随莫尔填充因子ν及垂直位移电场D的变化；c, 零电场情况下，纵向电阻和霍尔电阻随ν的变化（磁场分别为正负0.1 T及正负0.3 T），展示了其第一莫尔平带中的整数与分数量子反常霍尔效应以及第二莫尔平带中的量子磁性金属态；d, 纵向电阻随ν和外加垂直磁场的变化。

上海交通大学物理与天文学院博士生徐凡、常旭敏、肖嘉勇和德国马普所Yixin Zhang为论文的共同第一作者；上海交通大学副教授李听昕、姜生伟、刘晓雪和美国田纳西大学助理教授Yang Zhang为论文的共同通讯作者。论文的合作者还包括上海交通大学史志文教授、钱冬教授、贾金锋教授，博士研究生刘峰、孙政、李佳熠；中国科学院物理研究所吕力研究员，仝冰冰副主任工程师；德国马普所Ning Mao博士、N. Peshcherenko博士以及日本国立材料研究所的Kenji Watanabe研究员和Takashi Taniguchi研究员。此项研究涉及的器件微纳加工部分在上海交通大学物理与天文学院微纳加工平台完成，1.5 K以下极低温输运测量在中国科学院综合极端条件实验装置完成。本工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委、上海交通大学2030计划、阳阳发展基金等项目的资助，在此深表感谢。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41567-025-02803-1