芝加哥大學和山西大學的科學家已經(jīng)創(chuàng)造了一種使用激光來“模擬”一種材料的方法，物理學家多年來一直對其潛在的技術應用垂涎三尺。 新方法可以用來更好地理解這種被稱為扭曲雙層晶格的材料是如何工作的，并且可能為新的電子學或量子技術指明道路。這項研究成果發(fā)表在《自然》雜志上。

對傳統(tǒng)的扭曲

四年前，麻省理工學院的科學家發(fā)現(xiàn)了一個令人驚訝的轉(zhuǎn)折：如果你在堆疊時扭曲薄片，普通碳原子的薄片可以變成超導體。

新研究發(fā)現(xiàn)了一種模擬超導性的方法，當兩片石墨烯在分層時略微扭曲時，就會發(fā)生超導性，如上所述。 超導體是一種罕見的材料，能夠完美地導電，完全沒有損耗?？茖W家和工程師可以設想超導體的各種用途——它們已經(jīng)是MRI的基礎——但它們有很大的局限性，包括必須冷卻到零度以下才能工作?？茖W家們希望，如果他們能夠完全理解其中的物理原理，他們就可以設計出新的超導體，從而解鎖各種技術可能性。

芝加哥大學物理學教授，新研究的合著者Cheng Chin說：“每當有人發(fā)現(xiàn)一類新的超導體時，物理學界都會坐下來注意。但這一個特別令人興奮，因為它是基于石墨烯這樣簡單而普通的材料。”

石墨烯就像材料所能得到的一樣簡單：它是碳原子的薄晶格?？茖W家們迅速探索可能的應用，引發(fā)了對一個名為扭曲電子學或“扭曲電子學”的新領域的大量研究。

但是，盡管石墨烯在某些方面非常簡單，但事實證明，研究它在堆疊在這些扭曲的片材中時如何超導是有些困難的。例如，科學家希望以微小的增量旋轉(zhuǎn)紙張，看看每次屬性會發(fā)生什么;但是石墨烯片往往會相互粘連，如果它們被移動就會撕裂。

ChengChin的實驗室和山西大學科研小組以前設計了使用冷卻原子和激光復制復雜量子材料的方法，以便于研究。因此他們認為他們可以對扭曲的雙層系統(tǒng)做同樣的事情。 該團隊與中國山西大學的研究人員合作，設計了一種創(chuàng)新的方式來“模擬”這些扭曲的晶格。

他們?nèi)×艘环N叫做銣的元素原子，將它們冷卻下來，然后用激光將它們組織成兩個晶格，一個在另一個之上。然后，為了幫助兩個晶格相互作用，科學家們應用了微波。

這種組合起到了作用。該材料顯示出“超流動性”——一種類似于超導的特性，其中粒子可以流過它而不會因摩擦而減慢速度。使用該系統(tǒng)，研究人員在原子中觀察到了一種新形式的超流體，這要歸功于調(diào)整兩個晶格的扭轉(zhuǎn)角度的能力。 通過改變微波的強度，科學家們發(fā)現(xiàn)他們可以控制兩個晶格相互作用的強度。同時，他們可以輕松地用激光旋轉(zhuǎn)兩個晶格。

Cheng Chin教授說：“這使它成為一個非常靈活的系統(tǒng)，例如，有些人想探索超越兩層到三層甚至四層。這很容易通過我們的設置來實現(xiàn)?！?通過使用新裝置來探索這些扭曲的雙層晶格，科學家們希望能夠突破新的電子材料或控制量子技術中信息的方法。





審核編輯：劉清