扭曲双层 BaTiO$_3$ 中的莫尔极涡、平带和李EB格子

材料制备技术和生长方法的进展为扭曲电子学开启了新篇章，形成扭曲的自由支撑三维材料膜。基于密度泛函理论的第一性原理计算，我们研究了扭曲双层 BaTiO$_3$ 的晶体结构和电子结构。我们的发现表明，大叠加应力能导致产生棱柱面极涡图案，这一图案最近在实验中被观察到。此外，我们还发现局部垂直偶极矩非零，表明强层间相互作用可能为在二维极限下稳定铁电有序性提供了有前景的策略。令人惊讶的是，扭曲 BaTiO$_3$ 双层的极涡图案支持局部电子态，具有准平带，与氧 $p_z$ 轨道的层间杂化相关。我们发现，带宽在约 $19^{\circ}$ 扭曲角时达到最小值，构成目前报道的莫尔系统中最大的魔角。进一步，莫尔极涡图案与两种相互穿插的李EB格子呈现出惊人的相似性，相应的紧束模型提供了莫尔带随扭曲角度演化的完整描述，并揭示了这些态的拓扑性质。