扭曲三層石墨烯中相關態和超導性的觀察

當兩層石墨烯或其他二維 (2D) 材料以小角度錯位相互堆疊時，每層產生的晶格在空間上“不同步”。這導致了稱為莫爾超晶格的獨特結構圖案。近年來，許多物理學家一直在研究莫爾超晶格的性質和特性，因為它們被發現特別有希望開發新的量子技術。大多數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一個小扭曲角。

明尼蘇達大學和哈佛大學的研究人員最近進行了一項研究，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，具有兩個連續的小扭曲角。他們的論文發表在《物理評論快報》上，提供了相關絕緣狀態和材料中超導傳輸特征的證據。

“之前已經證明，扭曲的雙層石墨烯可以通過精確調整的扭曲角變成超導，”進行這項研究的研究人員之一王科告訴 Phys.org。“扭曲雙層在材料參數和靜電方面是高度可調的，這為理解相關電子物理學提供了新的見解，并有望帶來新的潛在量子電子應用。”

通過添加第三層石墨烯，Wang 和他的同事產生了一種他們稱之為“莫爾莫爾莫爾”超晶格的結構。然后他們檢查了這種結構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。“第 1-2 層和第2-3層的兩個超晶格再次‘不同步’，產生了更高階的超晶格，我們稱之為‘莫爾超晶格莫爾條紋’。然后我們冷卻系統到低溫 (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”似乎在結構和電子方面都表現出高度復雜的物理特性。例如，該材料在極低的電子密度 (~ 10 10 cm -2 ) 下表現出超導性的傳輸特征，比之前論文中報道的電子密度小兩個數量級。

“我們的實驗結果也為理解石墨烯的超導性提供了重要的新線索，”王說。“以前人們認為電子需要在能量上被隔離才能在石墨烯中產生超導性，但我們的實驗似乎表明并非如此。”

未來，這組研究人員研究的新材料可能對制造新技術，尤其是量子電子和計算平臺具有很高的價值。此外，Wang 和他的同事收集的發現可以激勵其他研究團隊也研究扭曲的三層石墨烯或其他可能產生“莫爾條紋”超晶格的系統的潛力。

“我們推出的材料可能是一種很有前途的原子清潔超導體，它可以以極低的載流子密度變化進行靜電調諧，這對于未來的量子電子設備來說是可取的，”王補充道。“為了更好地了解其潛在應用，我們現在計劃使用各種顯微鏡技術研究扭曲三層石墨烯的結構特性，并制造門定義的納米結構來探測和操縱可能由系統產生的新型量子現象。”