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科技日报记者 张梦然

美国麻省理工学院物理学家通过分离按特定顺序堆叠的总编5层超薄石墨烯薄片,将石墨或铅笔芯变成了“黄金材料”,辑圈通过调整所得材料,总编可使其表现出在天然石墨中从未见过的辑圈3种重要特性。研究成果发表在《自然·纳米技术》杂志上。总编


麻省理工学院的辑圈研究人员通过以精确的顺序堆叠5层石墨烯,发现了石墨的总编独特性质。这种5层菱面体堆叠石墨烯可以表现出绝缘、辑圈磁性或拓扑特性,总编标志着使用创新纳米级显微镜技术在材料物理学中的辑圈重大发现。
图片来源:桑普森·威尔考克斯/麻省理工学院电子研究实验室

石墨由碳组成,总编而石墨烯是辑圈排列成六边形的单层碳原子。石墨烯自大约20年前分离出来以后,总编一直是辑圈深入研究的焦点。此前研究人员发现,总编堆叠单片石墨烯,并将它们以微小角度扭转,可以赋予材料从超导到磁性等新特性。


艺术渲染图表现了电子相关性或电子相互“交谈”的能力,这种能力可能发生在一种特殊的石墨(铅笔芯)中。
图片来源:桑普森·威尔考克斯/麻省理工学院电子研究实验室

新研究则发现,按一定顺序排列的5层石墨烯,可让材料内部移动的电子相互通信,这种电子关联现象堪比“魔力”,该材料表现出的特性堪称电子领域“黄金材料”。研究人员将分离出的材料称为5层菱面体堆叠石墨烯,其厚度仅为十亿分之几米。分离该材料的关键是散射型扫描近场光学显微镜,它可快速且相对便宜地确定材料的各种重要特性。

团队将电极连接到一个由氮化硼“面包”组成的小三明治结构上,再用不同的电压来调整系统。结果,他们发现电子数量会出现3种不同的变化,导致这种材料可能是绝缘的、磁性的或拓扑的。

研究人员解释说,从本质上讲,拓扑材料允许电子在材料边缘不受阻碍地运动,但不能穿过中间。电子沿着材料边缘的“高速公路”朝一个方向行进,该“高速公路”被构成材料中心的中线隔开。因此拓扑材料的边缘是完美导体,而中心是绝缘体。

这一成果为研究强相关、拓扑物理等新领域开辟了道路。

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信息时代的“摩天大楼”建筑在硅这种极其常见的元素上,然而,再华丽的大厦也会受到地基的限制。当信息时代发展到一定程度,我们迫切需要新的元素,建起新的“高楼”。本文提到,堆叠单片石墨烯,材料就拥有了神奇性能。碳比硅更为常见,或将是未来信息技术的载体。碳材料无所不能:最硬、最软,绝缘体、半导体、超导体,隔热、超导热,吸光、全透光……但要发掘碳的潜力,得靠几十年实验研发的积累——看似寻常最奇崛,成如容易却艰辛。

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