最近的一次舰队本土科学演习解释了简单的几何图案是如何印在透明胶片上(对我们这些年纪大的人来说是“投影仪片”),并以不同的角度叠加,产生了不同尺寸的组合“云纹”图案。
两张重复的方块会产生更大方块的云纹图案。两张重复的三角形会产生较大三角形的云纹图案。
两张重复的六边形会产生更大的六边形的云纹图案(见图)。
最后一个练习很有趣,因为它准确地反映了发生的事情扭曲双层石墨烯.
最近发现,超导可以在一对堆叠的石墨烯层中产生,这些层被旋转到1.1度的“神奇扭曲角”。
在这种堆叠、不对齐的配置中,电子流没有电阻,而单独地,两个石墨烯层中的每一层都没有显示出特殊的电学性质。
这一发现表明,对旋转对称性的仔细控制可以揭示意想不到的物质响应。
FLEET主任Michael Fuhrer教授解释道:
当你扭曲这两层,你会得到一个六边形的云纹图案,但它的晶格常数比石墨烯本身更大(比如这).
新的六方晶格类似于具有更大晶格常数的超级石墨烯。速度与晶格常数成反比,所以电子减慢*。结果,它们相互之间的感觉更强烈(电子的库仑相互作用的势能与它们的动能相比变得更大)。在这种强相互作用的系统中,电子可以自发地通过形成新的绝缘态来降低它们的能量。这种绝缘体与普通绝缘体的不同之处在于,如果你只考虑一个电子的性质,它就不能从能带理论中预测出来——你需要考虑相互作用。在扭曲石墨烯中,当云纹晶格的每个位置上有整数个电子时,新的绝缘状态往往会发生。如果你增加一些额外的电子(或拿走一些),你会再次得到金属行为,但也是超导性。这令人兴奋的原因是,同样的事情也发生在高温度超导体(Tc是超导的转变温度)中,这些材料是相互作用诱导的绝缘体,但当你添加额外的电子(或带走它们)和在非常高的温度下超导时就会变成金属。
目前,扭曲石墨烯的超导转变温度不是很高,大约在1开尔文左右。但扭曲石墨烯中的所有能量尺度都非常小,考虑到所有其他能量都很小,1k实际上是惊人的高。因此,如果我们能理解为什么扭曲的石墨烯是超导的,我们就有希望设计出新的高温度超导体。
*事实证明,电子不仅会变慢,艾伦·麦克唐纳预测,有一个扭转的“魔角”,使速度变为零。所以,在这个魔角附近,相互作用的影响非常大。这就是为什么你会听到“魔角扭曲石墨烯”或类似的短语来描述这些系统。”
新加坡国立大学教授(舰队合作伙伴研究员)首次预测了“错位”石墨烯片的新型电子特性安东尼奥·卡斯特罗·内托在2007年,弗利特·派提出了1.1度的“魔角”理论艾伦·麦克唐纳(德克萨斯大学奥斯汀分校)2011年。
巴勃罗·贾里洛-埃雷罗(MIT)于2018年实验证明了扭曲石墨烯的超导性。
FLEET的研究人员是一个国际合作项目的一部分,该项目应用了“扭电子学”概念(将二维材料分层和扭曲以控制其电学性质的科学),以极端的方式操纵光的流动。



