高級(jí)會(huì)員
已認(rèn)證
石墨烯是碳原子組成的蜂巢狀晶體，厚度只有單個(gè)原子，是一種二維材料。單層
的石墨烯在超低溫下具有超導(dǎo)電性。如果將兩層石墨烯扭轉(zhuǎn)成一定角度，會(huì)發(fā)
生什么呢？
2018年三四月份，MIT科學(xué)家Pablo Jarillo-Herrero帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，如果將雙層石墨烯扭轉(zhuǎn)成特定角度——被稱為“魔角”石墨烯——材料表現(xiàn)為莫特絕緣體
（Mott insulator）。然后向這種絕緣體施加微弱的電場(chǎng)，也就是摻雜電子，雙
層石墨烯就會(huì)表現(xiàn)出非常規(guī)超導(dǎo)性，類似于高溫超導(dǎo)銅氧化物。（該發(fā)現(xiàn)在凝
聚態(tài)物理學(xué)引起了不小的轟動(dòng)，讀者可進(jìn)一步閱讀《石墨烯研究的意外發(fā)現(xiàn)，
是否能解開高溫超導(dǎo)之謎》）
在扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯中的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)：a. 當(dāng)雙層石墨烯被扭曲時(shí)，上層薄片被旋轉(zhuǎn)
使得無(wú)法與下層薄片對(duì)齊，從而讓元胞得到擴(kuò)展（紅色）。b. 對(duì)于小角度的旋轉(zhuǎn)，就會(huì)出現(xiàn)所謂的“摩爾紋”，其中局部堆疊的排列呈周期性變化。
將一層石墨烯扭轉(zhuǎn)一定角度放在另一層石墨烯上，兩層蜂巢結(jié)構(gòu)彼此抵消而出
現(xiàn)摩爾紋。MIT團(tuán)隊(duì)通過向雙層石墨烯中注入電子，得到了新的物相，這可以通
過研究摩爾紋上額外摻雜的電子來(lái)理解。通過增加電子密度，MIT團(tuán)隊(duì)觀察到，
如果一個(gè)摩爾元胞中包含2到3個(gè)電子時(shí)，材料表現(xiàn)為絕緣態(tài)。他們認(rèn)為這是莫
特絕緣體的例子。
我們懷疑扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯并沒有形成莫特絕緣體的主要有兩個(gè)原因：首先，傳
統(tǒng)的莫特絕緣體具有兩個(gè)特征能量標(biāo)度，但是觀察到的金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變只有一
個(gè)標(biāo)度。其次，根據(jù)MIT團(tuán)隊(duì)的報(bào)告，當(dāng)一個(gè)摩爾元胞中包含一個(gè)電子時(shí)，材料
并不表現(xiàn)出絕緣態(tài)，而對(duì)于莫特絕緣體，通常情況恰好相反。這些現(xiàn)象與莫特
性質(zhì)（Mottness）有著根本的不一致性。
