石墨烯曹原再获重大突破：连发两项成果，四层“魔角”扭曲石墨烯诞生！
石墨烯由单层碳原子组成 ， 呈六边形蜂窝状连接 ， 结构简单 ， 看起来很精致 。 自从2004年发现石墨烯以来 ， 科学家们已经发现 ， 石墨烯实际上非常坚固 。 虽然石墨烯不是一种金属 ， 但其超高的导电率 ， 比大多数金属都要好 。 2018年 ， 以曹原（中国学者、麻省理工学院博士生（想必大家对曹原的大名已颇为熟悉 ， 在此博科园就不复述了 ， 我们重点看新研究成果））和巴勃罗·贾里洛-赫雷罗为首的麻省理工学院科学家发现：
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当两张石墨烯以略有偏移的“魔角”角度堆叠在一起时 ， 这种新的“扭曲”双层石墨烯结构既可以成为绝缘体 ， 完全阻止电流通过材料 ， 也可以成为超导体 ， 能够让电子毫无电阻地流过 。 这是一个不朽的发现 ， 还同时帮助开启了一个被称为“扭曲电子学”的新领域 ， 即研究扭曲双层石墨烯和其他材料中的电子行为 。 现在 ， 麻省理工学院曹原等科学家 ， 在《自然》期刊上连发两项两篇新研究论文 ， 报告了他们在石墨烯双向电子学方面的最新突破和进展 。
曹原等第一项研究
曹原等麻省理工学院研究人员与魏茨曼科学研究所的合作者 ， 首次对整个扭曲石墨烯结构进行了成像和绘制 ， 分辨率足够精细 ， 能够看到整个结构上局部扭曲角度的微小变化 。 结果显示 ， 在结构内 ， 石墨烯层之间的“魔角”角度略偏离平均偏移1.1度的区域 。 研究小组在0.002度的超高角分辨率下探测到了这些变化 ， 这相当于能够从一英里外看到苹果相对于地平线的角度 。
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研究发现 ， 与扭曲角度范围较大的结构相比 ， 角度变化范围较窄的结构 ， 具有更明显的奇异特性 ， 如绝缘性和超导性 。 麻省理工学院塞西尔和艾达·格林物理学教授Jarillo-Herrero说：这是第一次绘制出整个设备的地图 ， 以了解设备中给定区域的扭曲角度 。 发现 ， 可以有一点变化 ， 但仍然可以表现出超导和其他奇异的物理特性 ， 但不能太多 ， 现在研究已经表征了可以有多少扭曲变化 ， 以及有太多的退化效应是什么 。
曹原等第二项研究
曹原等研究人员创造了一种新的扭曲石墨烯结构 ， 其石墨烯不是两层 ， 而是四层 。 研究观察到 ， 与两层前身相比 ， 新的四层“魔角”结构对某些电场和磁场更敏感 。 这表明 ， 研究人员能够更容易和更可控地研究“魔角”石墨烯在四层体系中的奇异性质 。 中国学者、麻省理工学院博士生曹原说：这两项研究的目的是为了更好地理解“魔角”双电子设备令人费解的物理行为 。
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一旦得以了解 ， 物理学家相信这些设备可以帮助设计和设计新一代高温超导体 ， 量子信息处理的拓扑设备 ， 以及低能量技术 。 自从曹原和团队首次发现“魔角”石墨烯以来 ， 其科学家都欣然接受了观察和测量其性质的机会 。 有几个研究小组使用扫描隧道显微镜(STM)对石墨烯“魔角”结构进行了成像 ， 扫描隧道显微镜是一种在原子水平上扫描表面的技术 。
像保鲜膜上的皱纹
然而 ， 使用这种方法 ， 研究人员只能扫描最多几百平方纳米的“魔角”石墨烯小块区域 。 曹原麻省理工合著巴勃罗·贾里洛-赫雷罗（Pablo Jarillo-Herrero）说：用整个微米级的结构 ， 观察数百万个原子并不是扫描隧道显微镜最适合的 ， 理论上这是可以做到的 ， 但需要大量的时间 。 因此 ， 麻省理工学院团队咨询了魏茨曼科学研究所的研究人员 ， 他们开发了一种被称为“扫描纳米SQUID”的扫描技术 ， SQUID代表超导量子干涉装置 。
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