近年来，转角二维材料，特别是转角双层过渡金属硫族化合物，因其能够通过改变层间扭转角人工调控出丰富的强关联与拓扑量子物态，已成为凝聚态物理研究的前沿平台。其中，转角双层二碲化钼（tMoTe2）在实验中首次观测到零磁场下的分数量子反常霍尔效应，展现了拓扑与非平庸电子关联的深刻交织，具有重要的基础科学价值。然而，对tMoTe2中拓扑莫尔平带的微观起源及其电场响应行为，一直缺乏原子尺度的直接实验证据。此外，少层MoTe2材料在空气中极易降解，这为高精度的局域电子态测量带来了挑战。
近期，上海交通大学王世勇课题组、李听昕课题组与田纳西大学张阳课题组合作，在《国家科学评论》（National Science Review）发表了一项研究成果，标题为 “Imaging moiré flat bands and Wigner molecular crystals in twisted bilayer MoTe2”。他们在tMoTe2中直接观测到电场调控的摩尔拓扑平带及维格纳分子晶体的形成，为理解这一体系的量子物态提供了关键的实空间实验证据。
研究团队成功发展了一套基于六方氮化硼（h-BN）封装的器件制备与扫描隧道显微镜（STM）表征技术（图1a,b），有效隔绝了空气对敏感样品的破坏，实现了对tMoTe₂莫尔超晶格的原子级分辨成像与电子态探测。通过高分辨扫描隧道谱测量，他们直接观测到位移电场对K能谷拓扑莫尔平带的连续调控：在零电场下，平带呈现拓扑非平庸的蜂窝状晶格结构；施加垂直电场后，该结构可转变为拓扑平庸的三角晶格，实现了电场诱导的拓扑相变（（图1c,d））。
图1：转角双层MoTe₂器件及其电场调控的拓扑莫尔平带。（a-b） 基于六方氮化硼封装的背栅可调tMoTe₂器件示意图，其中扫描隧道显微镜针尖与底部石墨栅极共同施加垂直位移电场；（c）零电场条件下，K能谷莫尔平带呈现拓扑非平庸的蜂窝状晶格结构；（d）施加位移电场后，层间耦合被调控，平带转变为拓扑平庸的三角晶格结构。
在强位移电场条件下，团队进一步观测到电子强关联效应。当系统电子填充因子ν=3时，他们直接观测到了由三个电子在库仑排斥作用下，于莫尔势阱中自发组织形成的维格纳分子晶体（图2a）。通过改变针尖-样品距离（即调节介电屏蔽强度），可以调控电子间的有效相互作用，从而观察到该分子晶体结构从紧密排列到扩展为清晰Kagome晶格的演化过程，为强关联体系中的电荷有序态提供了直接的实空间证据（图2b）。
图2：维格纳分子晶体的直接观测。（a）在填充因子νMX = 3时，库仑排斥力驱动的电子在莫尔势阱中自组织形成的三角排列电荷序；（b）通过改变扫描隧道显微镜针尖高度来调控介电屏蔽强度，从而诱导维格纳分子晶格从密堆积扩展为清晰的Kagome结构。
这项研究在原子尺度直接揭示了tMoTe₂中拓扑莫尔平带的微观图像及其电场调控的物理机制，实验观测与理论计算高度吻合。对维格纳分子晶体的实空间成像，为理解强关联电子体系中的电荷有序态提供了关键的实验依据。同时，研究所发展的h-BN封装STM技术为研究其他空气敏感的先进量子材料提供了可靠的实验方案。