特殊取向的扭曲雙層石墨烯具有拓撲電子態(tài)
一項研究表明，一片魔角扭曲的雙層石墨烯可以承載新的物質(zhì)拓撲相。魔角扭曲的石墨烯于2018年首次發(fā)現(xiàn)，它由兩層石墨烯(一種碳的形式，由一層蜂窩狀格子圖案的原子組成)相互疊置而成，其中一層被精確地扭曲彼此相對1.05度。生成的雙層具有不同尋常的電子特性：例如，可以根據(jù)添加的電子數(shù)量將其制成絕緣體或超導(dǎo)體。
這一發(fā)現(xiàn)為魔角扭曲石墨烯開辟了新的研究領(lǐng)域，被稱為“ twistronics”。在加州理工學(xué)院，應(yīng)用物理學(xué)和材料科學(xué)助理教授Stevan Nadj-Perge一直是負責(zé)這一研究的研究人員之一：2019年，他和他的同事們直接在原子長度尺度上成像了魔角扭曲石墨烯的電子特性;并且在2020年，他們證明了扭曲的雙層石墨烯中的超導(dǎo)性在與二維半導(dǎo)體耦合時可以遠離魔角存在。
現(xiàn)在，Nadj-Perge和他的同事們發(fā)現(xiàn)，魔角扭曲的雙層石墨烯也具有意想不到的拓撲量子相。關(guān)于這項工作的論文發(fā)表在1月18日的“自然”雜志上。
什么是拓撲量子相，為什么重要?傳統(tǒng)上，材料被分類為兩種絕緣體，它們阻礙了電子的流動，因此不導(dǎo)電。導(dǎo)電良好的金屬;以及在金屬和絕緣體之間導(dǎo)電的半導(dǎo)體。
但是，當(dāng)強磁場施加到各種類型的材料上時，通過它們的電子的行為就會改變數(shù)學(xué)教程，從而產(chǎn)生其他可能的狀態(tài)或拓撲量子相。例如，在強磁場下，大部分材料可以絕緣，而表面(或二維材料的情況下，邊緣)具有高導(dǎo)電性。從理論上講，拓撲量子相可能具有許多應(yīng)用，包括在量子信息處理中。
在這項新工作中，Nadj-Perge及其同事使用掃描隧道顯微鏡直接以原子分辨率對扭曲的雙層石墨烯進行成像，發(fā)現(xiàn)扭曲的雙層石墨烯中電子之間的強相互作用使得這些拓撲相的出現(xiàn)無需強磁性即可。領(lǐng)域。他們還研究了扭曲到其他角度的石墨烯，但發(fā)現(xiàn)新的拓撲階段僅在魔角存在。
“在魔角扭曲的雙層石墨烯中發(fā)現(xiàn)了拓撲相，這為這一令人驚奇的材料開辟了新的篇章，并使我們更加了解其電子性能2021教師證報考資格考試。” 該論文的通訊作者Nadj-Perge說。“但是最重要的是，我們的發(fā)現(xiàn)還指向了將來可以采用的工程拓撲階段的新方法?！?從理論上講，這些材料可以有許多應(yīng)用。例如，拓撲相位的某些激發(fā)可以用于在未來的量子計算機中執(zhí)行信息處理。
他們的論文標題為“魔術(shù)角扭曲雙層石墨烯中的相關(guān)驅(qū)動拓撲相”。
