多層菱形石墨中的電子相分離。圖片來源：曼徹斯特大學

近日，由英國曼徹斯特大學領(lǐng)導的一個國際研究小組開發(fā)一種新納米材料，它能反射最初在復雜人造結(jié)構(gòu)——扭曲雙層石墨烯中發(fā)現(xiàn)的“魔幻角度”效應。扭曲雙層石墨烯是近年來物理學研究的一個關(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，菱形石墨的特殊拓撲結(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)來研究超導性的改變等效應。“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。

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

科學家將一片石墨烯疊在另一片之上，并將其扭曲成一個“神奇的角度”，使其變成了超導體。雙扭曲層石墨烯中的相互作用對扭曲角度異常敏感，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。該新研究利用菱形石墨烯打開了精確制造超導設(shè)備的一扇新大門。Mishchenko團隊現(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。

曼徹斯特大學團隊多年來一直在研究菱形石墨薄膜，并開發(fā)出了能生產(chǎn)高質(zhì)量樣品的先進技術(shù)。在新研究中，研究人員修改了他們的技術(shù)保護脆弱、不穩(wěn)定的石墨堆疊形式。研究人員對含有50層石墨烯的樣品進行了成像，利用拉曼光譜證實了材料的堆積順序保持完整。然后，他們用傳統(tǒng)方法測量了樣品的電子輸運特性——通過記錄材料在改變溫度和施加于其上的磁場強度時的電阻。

研究人員表示，通過施加電場可以打開菱形石墨的表面態(tài)中的能隙。這種間隙打開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