石墨烯带激发了材料的潜力
您认为您了解某种材料的一切吗?尝试从字面上改变它。这是凝聚态物理中一个名为“扭转电子学”的新兴领域的主要思想，该领域的研究人员通过角度的细微变化(小至从 1.1° 到 1.2°)彻底改变石墨烯等二维材料的特性。堆叠层之间。例如，扭曲的石墨烯层已被证明具有单层石墨烯所没有的行为，包括像磁铁、像电超导体，或者像超导体的相反绝缘体，所有这些都是由于片材之间扭转角度的微小变化。
理论上，您可以通过旋转改变扭转角度的旋钮来调节任何属性。然而，哥伦比亚大学物理学家科里·迪恩表示，现实并非如此简单。两层扭曲的石墨烯可以变得像一种新材料，但究竟为什么表现出这些不同的特性尚不清楚，更不用说可以完全控制了。
迪恩和他的实验室提出了一种简单的新制造技术，可以帮助物理学家以更系统和可重复的方式探索石墨烯和其他二维材料扭曲层的基本特性。他们在《科学》杂志上撰文，使用石墨烯的长“带”而不是方形薄片来创建能够提供新水平的可预测性以及对扭转角度和应变的控制的设备。
石墨烯器件通常由只有几平方毫米的原子薄石墨烯薄片组装而成。由此产生的片材之间的扭曲角度被固定到位，并且薄片可能很难顺利地分层在一起。“把石墨烯想象成保鲜膜的碎片——当你把两块放在一起时，你会得到随机的小皱纹和气泡，”该论文的合著者、博士后 Bjarke Jessen 说。这些气泡和皱纹类似于片材之间扭转角度的变化以及片材之间产生的物理应变，并可能导致材料随机弯曲、弯曲和挤压。所有这些变化都可以产生新的行为，但它们很难在设备内部和设备之间进行控制。
丝带可以帮助解决问题。该实验室的新研究表明，只需用原子力显微镜尖端轻轻一推，他们就可以将石墨烯带弯曲成稳定的弧形，然后将其平放在第二个未弯曲的石墨烯层上。结果是两片材之间的扭转角度在整个设备长度上从 0° 到 5° 不断变化，应变分布均匀，不再需要应对随机气泡或皱纹。“我们不再需要制作 10 个具有 10 个不同角度的独立设备来观察会发生什么，”博士后兼合著者 Maëlle Kapfer 说道。“而且，我们现在可以控制应变，这是以前的扭曲设备完全缺乏的。”
该团队使用特殊的高分辨率显微镜来确认他们的设备的均匀程度。利用这些空间信息，他们开发了一种机械模型，可以仅根据弯曲带的形状来预测扭转角度和应变值。
第一篇论文的重点是表征石墨烯带以及其他可以薄化为单层并相互堆叠的材料的行为和特性。“它适用于我们迄今为止尝试过的所有 2D 材料，”Dean 指出。从这里开始，实验室计划使用他们的新技术来探索量子材料的基本特性如何随着扭转角和应变的函数而变化。例如，先前的研究表明，当扭转角为1.1时，两层扭转的石墨烯就像超导体一样。然而，迪恩说，有一些相互竞争的模型可以解释这个所谓的“魔角”的超导性起源，以及迄今为止难以稳定的其他魔角的预测。用丝带制成的装置，
“我们正在做的事情就像量子炼金术：将一种材料转化为其他东西。我们现在有一个平台可以系统地探索这是如何发生的，”杰森说。
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