近日，我院何朝宇教授团队在国际纳米领域顶刊《Nano Letters》发表最新研究成果（论文连接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c05728）。该工作以《Two-dimensional flat bands in moiré diamonds》为题，首次在三维强共价碳网络中构建出“莫尔金刚石（moiré diamond）”结构，并在该体系中发现二维平带电子态，为在纯碳体系中探索强关联量子物理开辟了新的方向。

近年来，随着“魔角”莫尔超晶格体系中强关联现象的发现，平带物理成为凝聚态物理和量子材料研究的重要前沿。然而，现有莫尔物理研究几乎全部集中于二维层状范德华材料体系。如何将莫尔调制思想推广至三维强共价网络材料，一直是理论上的关键挑战。

本研究突破传统二维范德华体系框架，将莫尔工程引入三维金刚石网络结构。团队通过精确构造旋转与重组方式，在金刚石骨架中形成长周期调制结构，提出并实现了一种全新的碳同素异形体——莫尔金刚石。理论计算表明，该体系在费米能级附近形成明显的二维平带电子态，电子色散在二维布里渊区显著压缩，动能被有效抑制。

平带结构的出现意味着电子-电子相互作用效应被相对放大，为强关联量子态的产生提供了重要物理条件。在纯碳三维共价体系中实现二维平带结构，不仅拓展了莫尔物理的材料维度，也为探索碳基平带铁磁性、拓扑物态及新型量子相提供了新的理论平台。

该工作基于团队长期发展的图空间晶体结构预测方法和自主研发的 RG2 软件，结合高通量结构搜索与第一性原理计算，在广阔构型空间中定位到满足莫尔调制条件且具有稳定性的结构。研究体现了团队“从图模型出发—构建晶体结构—预测量子物性”的特色研究路线。

本成果拓展了莫尔工程在三维强共价体系中的应用边界，为设计可调控平带碳材料提供了新思路，对碳基功能量子材料的发展具有重要意义。

何朝宇教授团队长期从事基于第一性原理的晶体结构预测与功能材料设计，积极发展晶体材料的结构预测和能带计算方法及软件，提出基于图空间的晶体结构预测方法，并开发了 RG2 软件（www.crystal-rg2.cn），为晶体结构预测提供了新的思想与工具；开发了多近邻近似紧束缚通用代码 gt-TB，为能带结构计算提供了高效方案。基于 RG2 和 gt-TB，团队解决了系列晶体结构相关科学问题，发现多种新奇物质结构和物理现象，并在 Physical Review Letters、Fundamental Research、Nano letters、Physical Review B、Physical Review Applied、Physical Review Materials、Applied Physics Letters 等国际主流期刊发表第一/通讯作者论文 60 余篇。自 2020 年对外发布以来，RG2 软件已被近 100 所高校 600 余名学者使用，在物理、材料、化学等领域得到广泛应用，相关成果已在 Physical Review Letters、Nature Communications、Nano letters 、Physical Review B 等期刊发表论文 140 余篇。