當(dāng)兩層石墨烯或其他二維 (2D) 材料以小角度錯(cuò)位相互堆疊時(shí)，每層產(chǎn)生的晶格在空間上“不同步”。這導(dǎo)致了稱(chēng)為莫爾超晶格的獨(dú)特結(jié)構(gòu)圖案。近年來(lái)，許多物理學(xué)家一直在研究莫爾超晶格的性質(zhì)和特性，因?yàn)樗鼈儽话l(fā)現(xiàn)特別有希望開(kāi)發(fā)新的量子技術(shù)。大多數(shù)這些研究都集中在扭曲雙層石墨烯上，這是一種由兩層石墨烯堆疊而成的材料，它們彼此堆疊并旋轉(zhuǎn)一個(gè)小扭曲角。

明尼蘇達(dá)大學(xué)和哈佛大學(xué)的研究人員最近進(jìn)行了一項(xiàng)研究，研究了扭曲的三層石墨烯的特性，該石墨烯由三層堆疊的石墨烯組成，具有兩個(gè)連續(xù)的小扭曲角。他們的論文發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上，提供了相關(guān)絕緣狀態(tài)和材料中超導(dǎo)傳輸特征的證據(jù)。

“之前已經(jīng)證明，扭曲的雙層石墨烯可以通過(guò)精確調(diào)整的扭曲角變成超導(dǎo)，”進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一王科告訴 Phys.org。“扭曲雙層在材料參數(shù)和靜電方面是高度可調(diào)的，這為理解相關(guān)電子物理學(xué)提供了新的見(jiàn)解，并有望帶來(lái)新的潛在量子電子應(yīng)用。”

通過(guò)添加第三層石墨烯，Wang 和他的同事產(chǎn)生了一種他們稱(chēng)之為“莫爾莫爾莫爾”超晶格的結(jié)構(gòu)。然后他們檢查了這種結(jié)構(gòu)并試圖更好地了解它的特性和特征。

“我們最近的工作添加了第三層石墨烯以形成扭曲的三層，”Wang 解釋說(shuō)。“第 1-2 層和第2-3層的兩個(gè)超晶格再次‘不同步’，產(chǎn)生了更高階的超晶格，我們稱(chēng)之為‘莫爾超晶格莫爾條紋’。然后我們冷卻系統(tǒng)到低溫 (10mK - 20K) 并研究其電子傳輸行為。”

扭曲三層石墨烯中的高階“莫爾超晶格莫爾條紋”似乎在結(jié)構(gòu)和電子方面都表現(xiàn)出高度復(fù)雜的物理特性。例如，該材料在極低的電子密度 (~ 10 10 cm -2 ) 下表現(xiàn)出超導(dǎo)性的傳輸特征，比之前論文中報(bào)道的電子密度小兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

“我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也為理解石墨烯的超導(dǎo)性提供了重要的新線索，”王說(shuō)。“以前人們認(rèn)為電子需要在能量上被隔離才能在石墨烯中產(chǎn)生超導(dǎo)性，但我們的實(shí)驗(yàn)似乎表明并非如此。”

未來(lái)，這組研究人員研究的新材料可能對(duì)制造新技術(shù)，尤其是量子電子和計(jì)算平臺(tái)具有很高的價(jià)值。此外，Wang 和他的同事收集的發(fā)現(xiàn)可以激勵(lì)其他研究團(tuán)隊(duì)也研究扭曲的三層石墨烯或其他可能產(chǎn)生“莫爾條紋”超晶格的系統(tǒng)的潛力。

“我們推出的材料可能是一種很有前途的原子清潔超導(dǎo)體，它可以以極低的載流子密度變化進(jìn)行靜電調(diào)諧，這對(duì)于未來(lái)的量子電子設(shè)備來(lái)說(shuō)是可取的，”王補(bǔ)充道。“為了更好地了解其潛在應(yīng)用，我們現(xiàn)在計(jì)劃使用各種顯微鏡技術(shù)研究扭曲三層石墨烯的結(jié)構(gòu)特性，并制造門(mén)定義的納米結(jié)構(gòu)來(lái)探測(cè)和操縱可能由系統(tǒng)產(chǎn)生的新型量子現(xiàn)象。”