扭曲2D材料的扭曲实验可以共同捕获电子

科学家可以有一个宏伟的目标：治愈疾病，探索遥远的扭曲世界，清洁能源革命。实验在物理和材料研究中，可共这些宏伟的同捕目标中的一些目标是使具有普通特性的普通声音物体：可以传输功率而没有任何能量损失的电线，或者可以执行当今计算机无法实现的获电复杂计算的量子计算机。逐步将我们推向这些目标的扭曲实验的新兴工作台是2D材料，即单原子厚的实验材料片。

在《自然物理学》杂志上发表的可共 一篇论文中，由华盛顿大学领导的同捕一个团队报告说，精心构造的获电石墨烯堆栈(一种二维形式的碳)可以表现出高度相关的电子特性。研究小组还发现了证据，表明这种集体行为可能与外来磁态的出现有关。

“我们已经创建了一个实验装置，使我们能够以许多令人振奋的新方式来操纵石墨烯层中的电子，”共同作者，华盛顿大学物理学，材料科学与工程学助理教授Matthew Yankowitz说道。 在威斯康星大学 清洁能源学院任教。

Yankowitz带领球队共同资深作者 晓东许，物理学教授，华盛顿大学材料科学与工程和。Xu还是威斯康星大学分子工程与科学研究所，威斯康星 大学纳米工程系统 研究所和清洁能源研究所的教职研究员 。

由于2D材料是一层原子厚的原子，因此原子之间的键仅以二维形式形成，并且像电子这样的粒子只能像棋盘游戏中的碎片那样运动：左右，前后或对角线，但不向上或向下。下。这些限制可能会使2D材料具有3D同行所缺乏的特性，并且科学家一直在探索不同材料的2D图纸以表征和理解这些潜在有用的质量。

但是在过去的十年中，像Yankowitz这样的科学家也已经开始对2D材料进行分层(例如一叠煎饼)，并且发现，如果以特定的结构堆叠和旋转并暴露在极低的温度下，这些层会表现出奇异的和意外的特性。

威斯康星大学团队研究了双层石墨烯的构建基块：两层石墨烯自然地层叠在一起。他们将一个双层叠放在另一个顶部上(总共四个石墨烯层)，然后将它们扭曲，以使两个双层之间的碳原子布局略微不对齐。过去的研究表明，在石墨烯的单层或双层之间引入这些小的扭转角可能会对它们的电子行为产生重大影响。通过特定的电场结构和跨堆叠双层的电荷分布，电子显示出高度相关的行为。换句话说，它们都同时开始做相同的事情-或显示相同的属性。

“这就像有一个满屋子的人，这在任何一个人的行为的变化会引起其他人对类似的反应，”主要作者旻昊他，物理学UW博士生和一名前清洁能源研究所研究员。

量子力学是这些相关属性的基础，并且由于堆叠的石墨烯双层的密度大于10 12或1万亿个电子/平方厘米，因此许多电子共同表现。

该小组试图在他们的实验装置中解开相关状态的一些奥秘。在仅比绝对零值高出几度的温度下，研究小组发现他们可以将系统“调节”为一种相关的绝缘状态，即不带电。在这些绝缘状态附近，研究小组发现了一些具有类似于超导电性的高导电状态。

尽管其他团队最近已经报告了这些状态，但是这些功能的起源仍然是个谜。但是西澳大学团队的工作已经找到了可能解释的证据。他们发现，这些状态似乎是由称为“自旋”(一种角动量)的电子的量子力学特性驱动的。他们在相关的绝缘态附近的区域发现了所有电子自发自发对准的证据。这可能表明，在显示相关绝缘状态的区域附近，出现了一种铁磁形式 -不是超导性。但是还需要进行其他实验来验证这一点。

这些发现是使用2D材料进行实验时，许多惊喜的最新例子。

“我们在这一研究领域中所做的大部分工作都是试图创建，理解和控制新兴的电子态，这些电子态既可以是相关的，也可以是拓扑的，或者具有这两种特性，” Xu说。“对于这些状态，我们可能会做很多事情，例如，一种量子计算形式，一种新的能量收集设备或某些新型的传感器。坦率地说，直到我们尝试，我们才知道。 ”

同时，期望堆叠，双层结构和扭曲角度继续产生波浪。

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