我校智能与电子工程学院微电子系教师张子博以第一作者兼通讯作者身份，在国际物理学期刊《Solid State Communications》在线发表题为“Interlayer-Potential Dependence of Relaxation and Moiré-Domain Reconstruction in Twisted Bilayer Graphene”（扭转双层石墨烯中层间势对弛豫与摩尔畴重构的影响）的研究论文。该研究从层间相互作用势的角度，系统厘清了经典分子动力学模拟中结构弛豫与摩尔重构的物理可靠性问题。

扭转双层石墨烯（Twisted Bilayer Graphene, TBG）是将两层石墨烯以微小转角堆垛形成的范德华异质结构。由于层间周期失配，体系会形成周期达数十纳米的摩尔超晶格，并在“魔角”（约 1.1°）附近表现出强关联绝缘态与非常规超导等新奇量子现象，是近年来凝聚态物理与微电子器件研究的前沿热点。

在真实的 TBG 中，原子并不会静止在理想的摩尔图案上，而是会通过弛豫最小化局部层间堆叠能，自发重构为三角状的 AB/BA 堆垛畴，畴之间由窄而锐的 AA 区域与一维畴壁网络分隔。这一原子尺度的重构直接决定了电子能带、态密度与摩尔波函数的空间分布，因此任何基于“不准确弛豫结构”的模拟都可能出现物理上失真的结果。

图1　2.65° 扭转双层石墨烯堆叠 registry 图：未弛豫（a）、REBO+LJ 弛豫（b）与 KC 弛豫（c）构型对比——KC 势下形成清晰的 AB/BA 三角畴与窄 AA 畴壁网络，而 REBO+LJ 几乎不重构（取自论文主文 Figure 1）

由于大尺度、小转角 TBG 的模拟往往包含数千至数万原子，经典分子动力学是预测其结构弛豫的主要工具，而层间势函数的选择直接决定了模拟的物理精度。长期以来，出于计算简便，研究广泛采用各向同性的 Lennard-Jones（LJ）等成对势描述层间作用。然而，这类势仅依赖原子间距，完全“看不见”局部化学叠映（registry）关系——无论原子处于高能不利的 AA 位还是低能的 AB 位，势能面别无二致。

针对这一被长期忽视的问题，张子博老师团队在相同的弛豫流程下，系统对比了依赖叠映关系的 Kolmogorov–Crespi（KC）势与 REBO+LJ 成对势基线，在 5.08°、3.89°、2.65°、1.47° 四个公度转角上展开计算。结果表明：两种势给出的弛豫结构在定性上完全不同。KC 势在所有转角下均产生显著的面外高度褶皱（在 5.08° 与 3.89° 处面外起伏标准差约 0.096 Å），并伴随面内重构位移从 5.08° 到 1.47° 增加约 9.2 倍，以及宽度仅约 1.34–4.80 Å 的锐畴壁转变；而 REBO+LJ 基线在所有转角下将面外褶皱抑制 2.6–6 倍、面内重构抑制 3–5 倍，给出“过于均匀”的非物理结构。

图2　2.65° 下原子分辨层间距对比：KC 势呈现明显的空间高低层间距分布（面外皱褶，σ≈0.067 Å），REBO+LJ 势则近乎均匀（σ≈0.025 Å）（取自论文补充材料 Fig. S5）

该研究以定量证据说明：在扭转范德华双层的结构模拟中，成对势对摩尔重构的描述存在显著局限；为获得结构准确的弛豫构型，强烈推荐使用依赖叠映关系的层间势。这一结论对扭转双层石墨烯及更广范德华异质结的可靠建模具有明确的指导意义。