扭曲三层石墨烯中相关态和超导性的观察

当两层石墨烯或其他二维 (2D) 材料以小角度错位相互堆叠时，每层产生的晶格在空间上“不同步”。这导致了称为莫尔超晶格的独特结构图案。近年来，许多物理学家一直在研究莫尔超晶格的性质和特性，因为它们被发现特别有希望开发新的量子技术。大多数这些研究都集中在扭曲双层石墨烯上，这是一种由两层石墨烯堆叠而成的材料，它们彼此堆叠并旋转一个小扭曲角。

明尼苏达大学和哈佛大学的研究人员最近进行了一项研究，研究了扭曲的三层石墨烯的特性，该石墨烯由三层堆叠的石墨烯组成，具有两个连续的小扭曲角。他们的论文发表在《物理评论快报》上，提供了相关绝缘状态和材料中超导传输特征的证据。

“之前已经证明，扭曲的双层石墨烯可以通过精确调整的扭曲角变成超导，”进行这项研究的研究人员之一王科告诉 Phys.org。“扭曲双层在材料参数和静电方面是高度可调的，这为理解相关电子物理学提供了新的见解，并有望带来新的潜在量子电子应用。”

通过添加第三层石墨烯，Wang 和他的同事产生了一种他们称之为“莫尔莫尔莫尔”超晶格的结构。然后他们检查了这种结构并试图更好地了解它的特性和特征。

“我们最近的工作添加了第三层石墨烯以形成扭曲的三层，”Wang 解释说。“第 1-2 层和第2-3层的两个超晶格再次‘不同步’，产生了更高阶的超晶格，我们称之为‘莫尔超晶格莫尔条纹’。然后我们冷却系统到低温 (10mK - 20K) 并研究其电子传输行为。”

扭曲三层石墨烯中的高阶“莫尔超晶格莫尔条纹”似乎在结构和电子方面都表现出高度复杂的物理特性。例如，该材料在极低的电子密度 (~ 10 10 cm -2 ) 下表现出超导性的传输特征，比之前论文中报道的电子密度小两个数量级。

“我们的实验结果也为理解石墨烯的超导性提供了重要的新线索，”王说。“以前人们认为电子需要在能量上被隔离才能在石墨烯中产生超导性，但我们的实验似乎表明并非如此。”

未来，这组研究人员研究的新材料可能对制造新技术，尤其是量子电子和计算平台具有很高的价值。此外，Wang 和他的同事收集的发现可以激励其他研究团队也研究扭曲的三层石墨烯或其他可能产生“莫尔条纹”超晶格的系统的潜力。

“我们推出的材料可能是一种很有前途的原子清洁超导体，它可以以极低的载流子密度变化进行静电调谐，这对于未来的量子电子设备来说是可取的，”王补充道。“为了更好地了解其潜在应用，我们现在计划使用各种显微镜技术研究扭曲三层石墨烯的结构特性，并制造门定义的纳米结构来探测和操纵可能由系统产生的新型量子现象。”