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！( 二 ) |曹原|物理|

本文插图
传统超导量子干涉装置类似于一个小的二等分环，环的两半由超导材料制成，并通过两个结点连接在一起。安装在类似于扫描隧道显微镜(STM)的装置尖端， SQUID可以在微观尺度上测量流过环样品的磁场，而魏茨曼研究所的研究人员缩小了SQUID的设计，以感应纳米尺度的磁场。当“魔角”石墨烯被置于一个小磁场中时，由于所谓“朗道能级”的形成，它会在结构上产生持续的电流。

本文插图
例如，这些朗道能级和持续电流对局部扭角非常敏感，根据局部扭角的精确值，导致磁场具有不同的大小。通过这种方式，纳米SQUID技术可以检测到距离1.1度有微小偏移的区域。曹原麻省理工合著巴勃罗·贾里洛-赫雷罗表示：事实证明，这是一项令人惊叹的技术，可以捕捉到距离1.1度不到0.002度的微小角度变化，这对于绘制“魔角”石墨烯是非常好的。研究小组使用这项技术绘制了两种“魔角”结构：一种是扭曲变化范围较小的，另一种是范围较大的。

本文插图
【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！】研究把一片石墨烯放在另一片石墨烯上，类似于把保鲜膜放在保鲜膜上，此时你也会想到会有褶皱，两层膜会有一点扭曲，有些没有那么扭曲，就像研究人员在石墨烯中所看到的那样。研究发现，与扭曲变化较多的结构相比，扭曲变化范围较窄的结构具有更明显的奇异物理特性，如超导电性。中国学者、麻省理工学院博士生曹原说：现在我们可以直接看到这些局部的扭曲变化，研究如何设计扭曲角度的变化来实现设备中的不同量子相位是很有趣的。
可调谐物理
在过去的两年里，曹原等研究人员对石墨烯和其他材料的不同搭配进行了实验，看看以特定的角度扭曲它们是否会带来奇异的物理行为，如果扩大结构，以抵消不是两层，而是四层石墨烯， “魔角”石墨烯的迷人物理学是否会站得住脚。自从石墨烯在近15年前被发现以来，关于其性质的大量信息已经被披露，不仅是作为一张薄膜，而且还在多层中堆叠和排列（即一种类似于在石墨或铅笔芯中发现的结构）。

本文插图
双层石墨烯（彼此成0度角的两层）是一个现在研究人员非常了解其性质的系统，理论计算表明，在双层顶部的双层结构中，有趣的物理发生角度范围更大。因此，这种类型的结构在制造器件方面可能更适合。部分受到这一理论可能性的启发，研究人员制造了一种新的魔角结构，将一个石墨烯双层与另一个双层偏移1.1度。然后，将这种新的“双层”扭曲结构连接到电池上，施加电压，并测量当将该结构置于各种条件下（如磁场和垂直电场）时流过的电流。

本文插图
就像由两层石墨烯制成的“魔角”结构一样，这种新的四层石墨烯结构显示出一种奇异的绝缘行为。但独一无二的是，研究人员能够通过电场上下调这种绝缘性，这是双层魔角石墨烯不可能做到的。中国学者、麻省理工学院博士生曹原说：这个系统是高度可调谐的，这意味着我们有很大的“控制力” ，这将能让我们研究用单层“魔角”石墨烯无法理解的东西。现在还处于该领域的早期阶段，就目前而言，物理界仍对其现象着迷。