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DeepTech深科技不是后浪是海啸：麻省理工95后曹原领衔，“魔角石墨烯”再度Nature两连发( 二 )


石墨烯一直是一种神奇的材料 ， 具有令人惊讶的特性：这种由单层碳原子以六边形延伸构成的片状材料比钢还强、比铜导电性还好 。 它在与其他材料接触时 ， 也曾表现出超导性 ， 但这种行为可以用常规超导性来解释 。
而且 ， 石墨烯这种材料比较简单 ， 科学家已经对其研究得算比较透彻 ， 目前不少相关研究正在聚焦如何大量制备稳定的、优质的石墨烯 。 所以 ， 利用石墨烯来研究非常规超导现象 ， 可以有效加快科学家实现室温超导的步伐 。
现在 ， 这支麻省理工团队带来了更多扩展性的 “魔角石墨烯” 研究 。
DeepTech深科技不是后浪是海啸：麻省理工95后曹原领衔，“魔角石墨烯”再度Nature两连发
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图丨 Pablo Jarillo-Herrero 实验室此前制备的一个样品 ， 用于测试石墨烯的物理特性（来源：Jarillo-Herrero 实验室）
在 5 月 6 日的最新文章中 ， 第一篇成果“Tunable correlated states and spin polarized phases in twisted bilayer bilayer graphene” ， 曹原及其同事较为针对地探求了魔角石墨烯性质的可控性 。
研究团队采用了小角度扭曲的双层 - 双层石墨烯（TBBG）体系作为研究对象 ， 并以此制作了双栅极高迁移率的器件投入实验 ，探求了扭转角度、外加电位移场和磁场对其性质的影响 。
从物理层面上来说 ， TBBG 由两层未旋转的伯纳尔堆叠（Bernal-stacked）的双层石墨烯组成 ， 具有丰富的相图 ， 并具有可调的相关绝缘体状态 。 实验结果显示 ， 该体系对于扭转角度、外加电位移场和磁场都较为敏感 ， 出现了明显的绝缘体控制开启和阻断的状态 。 而这些实验方法和结果或能在相似结构的二维材料上展开研究 ， 并得出更多研究成果 。
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（来源：Nature）
而在第二篇文章“Mapping the twist-angle disorder and Landau levels in magic-anglegraphene” ，团队关注的是扭曲角的无序问题 。
不同于前文 ， 团队采用魔角双层石墨烯（MATBG）作为研究体系 ， 他们从扭曲角的分布信息 ， 使用纳米级针尖扫描超导量子干涉装置（SQUID-on-tip）获得处于量子霍尔态的朗道能级的断层图像 ， 绘制了局部θ变化图 。
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图 | 曹原（图源：Corinna Kern for Nature）
两项研究成果发布的今天 ， 距离 Heike Kammerlingh Onnes 发现超导现象已经过去了 109 年 ， 人们仍在探索低压、高温下实现材料超导性的方法并将其用于生活中 ， 这个目标也是应用物理界的最重大的使命之一 。
科学家已经发现许多可以表现出超导性的材料 ， 但几乎都离不开极低温的环境来维持这种特性 。 “魔角石墨烯”中存在的神奇超导现象开辟了研究高温超导的新可能 。
这个新兴领域现在也被称为“转角电子学”（twistronics） 。 Nature 曾以“How ‘magic angle’ graphene is stirring up physics” 为题撰文报道过这股越刮越猛的 “扭一扭” 风潮 ， 报道中 ， 加州大学圣塔芭芭拉分校的凝聚态物理学家 Andrea Young 说：“每个人都在尝试把自己最中意的材料叠放起来做旋转” 。 与此同时 ， 试图解释这种现象的理论物理学家也在 arXiv 预印本服务器上先后发表了 100 多篇关于该主题的文章 。 该领域的每一次进展都让人兴奋不已 ， 但正如俄亥俄州立大学物理学家 Chunning Jeanie Lau 所言 ， 还需要更多的实验以确定双层石墨烯实现超导的机制 ， 是否正是高温超导体背后的同一机制 。


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