石墨烯自從2010年靠膠帶拿下諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)（劃重點(diǎn)，物理）后，迅速的成為了科研界、工業(yè)界的寵兒。廣大的科研打工人曾笑言：思路不清晰，摻點(diǎn)石墨烯。投稿不順暢，涂點(diǎn)鈣鈦礦。
但不可否認(rèn)的是，石墨烯（由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料），由于具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在物理學(xué)、材料學(xué)、生物醫(yī)藥、能源等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。2020年，曹原扭曲石墨烯的橫空出世，解開了石墨烯的超導(dǎo)魔力，更是進(jìn)一步體現(xiàn)了石墨烯是一種未來革命性的材料。
現(xiàn)在大家比較了解石墨烯及其部分應(yīng)用。其實(shí)，石墨是人們發(fā)現(xiàn)比較早的礦物，后又有人造石墨，應(yīng)用廣泛。石墨分子是碳原子按六角蜂巢型排列，形成石墨片。單層石墨片就是石墨烯。
北京時(shí)間2023年7月19日晚23時(shí)，Nature雜志在線發(fā)表了3篇與石墨（烯）相關(guān)的重磅論文，石墨（烯）再次王者歸來！
Part1：石墨中莫爾表面態(tài)和體態(tài)的混合
范德華組裝通常通過使用莫爾超晶格在晶格上疊加長(zhǎng)波長(zhǎng)周期性勢(shì)來實(shí)現(xiàn)二維 (2D) 材料中的電子態(tài)設(shè)計(jì)。這種扭轉(zhuǎn)電子學(xué)方法產(chǎn)生了許多以前未描述過的物理現(xiàn)象，包括扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯中的強(qiáng)相關(guān)性和超導(dǎo)性、共振激子、過渡金屬硫族化物莫爾結(jié)構(gòu)中的電荷排序和維格納結(jié)晶以及霍夫施塔特的蝴蝶光譜和石墨烯超晶格中的布朗-扎克量子振蕩。此外，雙電子學(xué)已被用來改變范德華晶體之間界面的近表面態(tài)。
鑒于此，南京航空航天大學(xué)殷俊教授與英國(guó)曼徹斯特大學(xué)Vladimir I. Fal’ko、Artem Mishchenko教授合作指出：三維晶體（例如石墨）中的電子態(tài)可以通過與另一種晶體（即晶體學(xué)排列的六方氮化硼）界面處出現(xiàn)的超晶格勢(shì)來調(diào)節(jié)。這種排列導(dǎo)致了近表面態(tài)產(chǎn)生的幾次利夫希茨躍遷和布朗-扎克振蕩，而在高磁場(chǎng)中，霍夫施塔特蝴蝶的分形態(tài)深入到石墨塊中。該工作展示了一種使用二維扭轉(zhuǎn)電子學(xué)方法控制三維光譜的方法。
Part 2: 扭曲石墨薄膜的混合維莫爾條紋系統(tǒng)
幾十年來，科學(xué)家們一直在探索二維材料改變世界的潛力。二維材料只有單層原子厚。在它們內(nèi)部，像電子這樣的亞原子粒子只能在二維中移動(dòng)。這種簡(jiǎn)單的限制可以觸發(fā)不尋常的電子行為，使材料具有“奇異”的特性，例如奇異形式的磁性、超導(dǎo)性和電子之間的其他集體行為——所有這些都可以在計(jì)算、通信、能源和其他領(lǐng)域發(fā)揮作用。
但研究人員普遍認(rèn)為這些奇特的二維特性僅存在于單層片材或短堆疊中。這些材料的所謂“塊狀”版本——具有更復(fù)雜的 3D 原子結(jié)構(gòu)——應(yīng)該表現(xiàn)不同。
美國(guó)華盛頓大學(xué)Matthew Yankowitz教授課題組對(duì)通過在薄的塊狀石墨晶體頂部稍微旋轉(zhuǎn)單層石墨烯片而構(gòu)建的雙門器件進(jìn)行傳輸測(cè)量。他們發(fā)現(xiàn)莫爾勢(shì)改變了整個(gè)塊狀石墨薄膜的電子特性。在零磁場(chǎng)和小磁場(chǎng)中，傳輸是由門可調(diào)節(jié)的莫爾條紋和石墨表面態(tài)以及對(duì)門控不響應(yīng)的共存半金屬體態(tài)的組合來介導(dǎo)的。在高場(chǎng)下，由于石墨兩個(gè)最低朗道帶的獨(dú)特性質(zhì)，莫爾勢(shì)與石墨體態(tài)混合。這些朗道帶有助于形成單一的準(zhǔn)二維混合結(jié)構(gòu)，其中莫爾條紋和塊狀石墨態(tài)不可避免地混合在一起。本文的研究結(jié)果表明，扭曲石墨烯-石墨是第一種新型混合維莫爾材料中。
Part 3: 可調(diào)諧莫爾準(zhǔn)晶中的超導(dǎo)性和強(qiáng)相互作用
準(zhǔn)晶體中的電子態(tài)通常無法進(jìn)行布洛赫描述，這使得它們令人著迷且神秘。由于準(zhǔn)晶的復(fù)雜性和稀缺性，相對(duì)于周期性和非晶結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)晶的研究還不夠充分。
麻省理工學(xué)院的Pablo Jarillo-Herrero教授（曹原的博士導(dǎo)師）課題組介紹了一種新型的高度可調(diào)諧準(zhǔn)晶體，可以輕松地由周期性組件組裝而成。通過以兩種不同的扭轉(zhuǎn)角度扭轉(zhuǎn)三層石墨烯，形成了兩種互不相稱的莫爾圖案。與許多常見的原子級(jí)準(zhǔn)晶體相比，該系統(tǒng)中的準(zhǔn)周期性是在幾納米的莫爾長(zhǎng)度尺度上定義的。這種“莫爾準(zhǔn)晶體”使研究人員能夠在低能量的類周期狀態(tài)和高能量的強(qiáng)準(zhǔn)周期狀態(tài)之間調(diào)節(jié)化學(xué)勢(shì)，從而調(diào)節(jié)電子系統(tǒng)，后者具有大密度的弱色散態(tài)。值得注意的是，在準(zhǔn)周期狀態(tài)下，作者在味道對(duì)稱性破壞相變附近觀察到超導(dǎo)性，后者表明電子相互作用在該狀態(tài)下發(fā)揮著重要作用。具有原位可調(diào)諧性的未來系統(tǒng)中相互作用現(xiàn)象的普遍存在不僅對(duì)于準(zhǔn)周期系統(tǒng)的研究有用，而且還可以為相關(guān)周期性莫爾晶體中的電子排序提供見解。作者預(yù)計(jì)，通過改變層數(shù)和扭轉(zhuǎn)角以及使用不同的二維組件，將該平臺(tái)擴(kuò)展到設(shè)計(jì)準(zhǔn)晶體，將產(chǎn)生一個(gè)新的量子材料系列，以研究強(qiáng)相互作用準(zhǔn)晶體的特性。
