石墨烯曹原再获重大突破：连发两项成果，四层“魔角”扭曲石墨烯诞生！ |曹原|物理|

石墨烯由单层碳原子组成，呈六边形蜂窝状连接，结构简单，看起来很精致。自从2004年发现石墨烯以来，科学家们已经发现，石墨烯实际上非常坚固。虽然石墨烯不是一种金属，但其超高的导电率，比大多数金属都要好。 2018年，以曹原（中国学者、麻省理工学院博士生（想必大家对曹原的大名已颇为熟悉，在此博科园就不复述了，我们重点看新研究成果））和巴勃罗·贾里洛-赫雷罗为首的麻省理工学院科学家发现：

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当两张石墨烯以略有偏移的“魔角”角度堆叠在一起时，这种新的“扭曲”双层石墨烯结构既可以成为绝缘体，完全阻止电流通过材料，也可以成为超导体，能够让电子毫无电阻地流过。这是一个不朽的发现，还同时帮助开启了一个被称为“扭曲电子学”的新领域，即研究扭曲双层石墨烯和其他材料中的电子行为。现在，麻省理工学院曹原等科学家，在《自然》期刊上连发两项两篇新研究论文，报告了他们在石墨烯双向电子学方面的最新突破和进展。
曹原等第一项研究
曹原等麻省理工学院研究人员与魏茨曼科学研究所的合作者，首次对整个扭曲石墨烯结构进行了成像和绘制，分辨率足够精细，能够看到整个结构上局部扭曲角度的微小变化。结果显示，在结构内，石墨烯层之间的“魔角”角度略偏离平均偏移1.1度的区域。研究小组在0.002度的超高角分辨率下探测到了这些变化，这相当于能够从一英里外看到苹果相对于地平线的角度。

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研究发现，与扭曲角度范围较大的结构相比，角度变化范围较窄的结构，具有更明显的奇异特性，如绝缘性和超导性。麻省理工学院塞西尔和艾达·格林物理学教授Jarillo-Herrero说：这是第一次绘制出整个设备的地图，以了解设备中给定区域的扭曲角度。发现，可以有一点变化，但仍然可以表现出超导和其他奇异的物理特性，但不能太多，现在研究已经表征了可以有多少扭曲变化，以及有太多的退化效应是什么。
曹原等第二项研究
曹原等研究人员创造了一种新的扭曲石墨烯结构，其石墨烯不是两层，而是四层。研究观察到，与两层前身相比，新的四层“魔角”结构对某些电场和磁场更敏感。这表明，研究人员能够更容易和更可控地研究“魔角”石墨烯在四层体系中的奇异性质。中国学者、麻省理工学院博士生曹原说：这两项研究的目的是为了更好地理解“魔角”双电子设备令人费解的物理行为。

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一旦得以了解，物理学家相信这些设备可以帮助设计和设计新一代高温超导体，量子信息处理的拓扑设备，以及低能量技术。自从曹原和团队首次发现“魔角”石墨烯以来，其科学家都欣然接受了观察和测量其性质的机会。有几个研究小组使用扫描隧道显微镜(STM)对石墨烯“魔角”结构进行了成像，扫描隧道显微镜是一种在原子水平上扫描表面的技术。
像保鲜膜上的皱纹
然而，使用这种方法，研究人员只能扫描最多几百平方纳米的“魔角”石墨烯小块区域。曹原麻省理工合著巴勃罗·贾里洛-赫雷罗（Pablo Jarillo-Herrero）说：用整个微米级的结构，观察数百万个原子并不是扫描隧道显微镜最适合的，理论上这是可以做到的，但需要大量的时间。因此，麻省理工学院团队咨询了魏茨曼科学研究所的研究人员，他们开发了一种被称为“扫描纳米SQUID”的扫描技术， SQUID代表超导量子干涉装置。