多層菱形石墨中的電子相分離。圖片來(lái)源：曼徹斯特大學(xué)

近日，由英國(guó)曼徹斯特大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際研究小組開(kāi)發(fā)一種新納米材料，它能反射最初在復(fù)雜人造結(jié)構(gòu)——扭曲雙層石墨烯中發(fā)現(xiàn)的“魔幻角度”效應(yīng)。扭曲雙層石墨烯是近年來(lái)物理學(xué)研究的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。相關(guān)論文8月12日刊登于《自然》。

新的研究表明，菱形石墨的特殊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有效地提供了一種內(nèi)在的“扭曲”，因此提供了一種替代介質(zhì)來(lái)研究超導(dǎo)性的改變等效應(yīng)。“這是一種有趣的替代方法，可以替代目前非常流行的關(guān)于‘魔角’石墨烯的研究。”該研究作者之一Andre Geim說(shuō)。

曼徹斯特大學(xué)凝聚態(tài)物理教授Artem Mishchenko說(shuō)：“菱形石墨有助于更好地理解對(duì)強(qiáng)電子相關(guān)性很重要的材料，比如重費(fèi)米子化合物和高溫超導(dǎo)體。”

科學(xué)家將一片石墨烯疊在另一片之上，并將其扭曲成一個(gè)“神奇的角度”，使其變成了超導(dǎo)體。雙扭曲層石墨烯中的相互作用對(duì)扭曲角度異常敏感，因此要制造出具有所需精度的裝置極其困難，人們必須找到足夠均勻的裝置研究其所涉及的物理學(xué)。該新研究利用菱形石墨烯打開(kāi)了精確制造超導(dǎo)設(shè)備的一扇新大門(mén)。Mishchenko團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)觀察到，在弱穩(wěn)定的菱形石墨中出現(xiàn)了強(qiáng)電子—電子相互作用——這種石墨烯層堆疊的形式與穩(wěn)定的六邊形略有不同。

曼徹斯特大學(xué)團(tuán)隊(duì)多年來(lái)一直在研究菱形石墨薄膜，并開(kāi)發(fā)出了能生產(chǎn)高質(zhì)量樣品的先進(jìn)技術(shù)。在新研究中，研究人員修改了他們的技術(shù)保護(hù)脆弱、不穩(wěn)定的石墨堆疊形式。研究人員對(duì)含有50層石墨烯的樣品進(jìn)行了成像，利用拉曼光譜證實(shí)了材料的堆積順序保持完整。然后，他們用傳統(tǒng)方法測(cè)量了樣品的電子輸運(yùn)特性——通過(guò)記錄材料在改變溫度和施加于其上的磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)的電阻。

研究人員表示，通過(guò)施加電場(chǎng)可以打開(kāi)菱形石墨的表面態(tài)中的能隙。這種間隙打開(kāi)伴隨著材料電阻的滯后行為，這意味著不同的電子缺口相被分割成域——這是強(qiáng)相關(guān)材料的典型特征。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2568-2