近日，土木工程與力學(xué)學(xué)院微納米力學(xué)團(tuán)隊(duì)唐淳教授、王麗雅副教授與香港城市大學(xué)曾曉成教授團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)現(xiàn)氫鍵主導(dǎo)的非范德華摩爾材料：魔角雙層冰，在國(guó)際著名期刊Nature Communications上發(fā)表題為Twisted bilayer ice as a new class of hydrogen-bonding moiré materials的論文。江蘇大學(xué)為第一完成單位，王麗雅為論文第一作者，香港城市大學(xué)江健博士、江蘇大學(xué)唐淳和香港城市大學(xué)曾曉成為共同通訊作者。
扭轉(zhuǎn)雙層范德華材料憑借其獨(dú)特的摩爾超晶格效應(yīng)，展現(xiàn)出奇特的物理特性，已成為量子器件設(shè)計(jì)的核心。傳統(tǒng)研究集中于范德華材料體系，而這類(lèi)體系需要人工精確堆疊才能實(shí)現(xiàn)電子態(tài)調(diào)控。水是地球上最豐富的物質(zhì)之一，可以形成豐富的物質(zhì)形態(tài)，屬于非范德華材料，然而人類(lèi)對(duì)其結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)還很有限，因此被科學(xué)雜志列為125個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題之一。在這種氫鍵主導(dǎo)的結(jié)構(gòu)中能否形成穩(wěn)定扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，一直是未被探索的空白。研究首次發(fā)現(xiàn)在納米受限環(huán)境中可自發(fā)形成具有摩爾超晶格的扭轉(zhuǎn)雙層冰（Twisted Bilayer Ice, TBI）。與需要人工扭轉(zhuǎn)的范德華材料不同，扭轉(zhuǎn)雙層冰的兩種穩(wěn)定扭轉(zhuǎn)構(gòu)型（21.8°和27.8°扭轉(zhuǎn)角）的形成依賴(lài)于氫鍵網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)自適應(yīng)能力，為氫鍵摩爾材料的研究打開(kāi)了新窗口。
研究構(gòu)建的相圖顯示，扭轉(zhuǎn)雙層冰僅在特定壓力和受限寬度范圍內(nèi)穩(wěn)定存在。這種敏感的環(huán)境依賴(lài)性使其可能成為新型納米流體開(kāi)關(guān)材料，其摩爾勢(shì)場(chǎng)也有望用于調(diào)控低維電子體系的量子態(tài)。團(tuán)隊(duì)提出的自發(fā)形成機(jī)制，為開(kāi)發(fā)非范德華扭轉(zhuǎn)材料提供了普適性設(shè)計(jì)原則。
該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省博士后基金、香港全球STEM教授計(jì)劃和香港研究資助局資助。（土木工程與力學(xué)學(xué)院）
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-63833-0
