近日，北京量子信息科学研究院（以下简称“量子院”）低维量子材料团队在SnTe(111)/Au(111)异质结构中发现层间扭转诱导的自发莫尔超晶格，并借助莫尔纹对微小晶格畸变的放大作用，揭示了原子台阶附近显著的各向异性局域应变。研究表明，应变主要沿垂直于台阶方向释放或积累，而平行于台阶方向相对均匀。2026年6月19日，相关成果以“莫尔超晶格揭示SnTe(111)/Au(111)异质结构中原子台阶诱导的各向异性应变”（Anisotropic strain at atomic steps in SnTe(111)/Au(111) heterostructures revealed by moiré superlattices）为题，发表于《中国物理快报》（Chinese Physics Letters）。

SnTe是典型的拓扑晶体绝缘体，其表面电子态受到晶体镜面对称性保护。理论研究指出，晶格畸变或弹性应变能够改变其拓扑表面态能隙，甚至驱动拓扑相变；SnTe与超导材料构成的异质结构还被视为探索拓扑超导和马约拉纳零能模的重要平台。因此，如何在纳米尺度上识别并调控SnTe薄膜中的局域应变，是理解其拓扑性质和发展量子器件的关键问题。另一方面，扭转二维材料形成的莫尔超晶格对晶格常数、层间转角及局域形变极为敏感，为放大和读取微小应变提供了新的实空间手段，但SnTe(111)薄膜中莫尔超晶格的形成机制及其应变响应此前仍缺乏系统研究。

研究团队利用分子束外延结合低温扫描隧道显微镜，系统研究了SnTe(111)/Au(111)异质结构中的表面结构与局域应变分布。实验发现，Au(111)衬底上的SnTe(111)薄膜同时存在本征SnTe(111)晶格、(3×3)表面重构以及自发形成的莫尔超晶格（图1）。原子分辨STM和傅里叶变换分析表明，莫尔区域通常比相邻无莫尔区域高约0.35 nm，并与相邻重构区域存在约4°的晶格取向差异，说明该莫尔超晶格来源于相邻SnTe层之间的层间扭转，而非单纯的表面重构。进一步的晶格叠加模拟表明，SnTe/Au界面失配只能产生远小于实验观测值的短周期莫尔图案；而当两层SnTe(111)之间存在约4.28°的相对转角时，可以很好地复现实验中约5 nm的莫尔周期，从而确认了该长周期莫尔超晶格的层间扭转起源（图2）。

更重要的是，研究发现莫尔超晶格在原子台阶附近发生显著的周期变化和形貌畸变（图3）。由于长周期莫尔纹能够放大微小晶格畸变，原子尺度的局域应变可被转化为清晰可见的莫尔周期变化。通过几何相位分析，研究团队进一步从原子分辨STM图像中提取了局域应变张量，发现垂直于台阶方向的应变分量εxx在台阶附近出现明显梯度变化，幅度可达±2%；而平行于台阶方向的εyy则相对均匀，变化通常小于1%。这一结果表明，原子台阶并非简单的形貌边界，而是能够作为局域力学边界条件，主要沿垂直台阶方向诱导应变积累与释放，从而形成显著的各向异性局域应变。

类似的莫尔畸变也出现在岛状边缘附近，同样会引发延伸数十纳米的应变梯度，使远离台阶处近似六角形的莫尔晶胞在边缘附近明显拉长。采用4.28°层间扭转并在单层中引入0%至5%的单向应变梯度后，几何模型成功再现了实验中的莫尔畸变（图4）。结果表明，少层SnTe(111)呈现出类似二维范德华材料的层间扭转和柔性响应，其局域结构及相关电子态有望通过衬底失配、单向应力或柔性衬底进行调控。

该研究系统揭示了SnTe(111)/Au(111)异质结构中由原子台阶诱导的各向异性局域应变，并证明自发形成的莫尔超晶格可以作为高灵敏的实空间应变探针。研究发现，Au(111)衬底台阶和岛状边缘均能够显著调控SnTe(111)薄膜中的局域晶格结构，其中应变主要沿垂直于台阶的方向释放或积累。该工作不仅加深了人们对SnTe(111)薄膜结构响应和范德华外延行为的认识，也为利用应变工程调控拓扑晶体绝缘体表面态提供了新的实验依据。未来，通过衬底选择、台阶工程、外加单轴应力或柔性衬底等方式，有望进一步实现对SnTe拓扑表面态、近邻诱导超导以及拓扑超导相的可控调节，为设计SnTe基拓扑量子器件和马约拉纳平台提供新的材料基础。