劳伦斯·伯克利国家实验室 二氧化硅/硅芯片上石墨烯器件的光学图像
闪亮的金属线连接到金电极上，用于电气测量
学分:陈国瑞/柏克莱实验室 自从石墨烯在2004年被发现以来，科学家们一直在寻找让这种天才的、原子般薄的二维材料发挥作用的方法
石墨烯比单股脱氧核糖核酸更薄，但比钢强200倍，是电和热的优秀导体，它可以符合任何形状，从超薄的二维薄片到电子电路
去年，由伯克利实验室材料科学部的教员科学家、加州大学伯克利分校的物理学教授汪锋领导的一组研究人员开发了一种多任务石墨烯器件，该器件可以从高效导电的超导体切换到阻止电流流动的绝缘体，然后再切换回超导体
现在，正如今天《自然》杂志上报道的那样，研究人员已经挖掘出石墨烯系统的天赋，不仅能处理两种特性，还能处理三种特性:超导、绝缘和一种叫做铁磁性的磁性
这种多任务设备可以使新的物理实验成为可能，例如研究更快的下一代电子产品(如量子计算技术)的电路
到目前为止，同时具有超导、绝缘和磁性的材料非常罕见
大多数人认为很难在石墨烯中感应出磁性，因为它通常没有磁性
我们的石墨烯系统是第一个将所有三种性质结合在一个样品中的，”加州大学伯克利分校王的超快纳米光学组博士后研究员、该研究的主要作者说
用电开启石墨烯的隐藏潜力 石墨烯在电子领域有很大的潜力
陈说，这种原子级的薄结构，加上其强大的电子和导热能力，“在开发下一代电子和存储器件方面具有独特的优势。”当时，他还是伯克利实验室材料科学部的博士后研究员
问题是今天电子产品中使用的磁性材料是由铁磁性金属制成的，例如铁或钴合金
像普通条形磁铁一样，铁磁材料有一个北极和一个南极
当铁磁材料被用于在计算机硬盘上存储数据时，这些极点要么指向上，要么指向下，代表0和1——称为位
然而，石墨烯不是由磁性金属制成的——它是由碳制成的
所以科学家们想出了一个创造性的解决方法
他们设计了一种超薄器件，只有1纳米厚，具有三层原子级薄石墨烯
当夹在二维氮化硼层之间时，石墨烯层——在研究中被描述为三层石墨烯——形成了一种叫做莫尔超晶格的重复图案
通过石墨烯器件的栅极施加电压，来自电力的力促使器件中的电子向同一个方向旋转，就像小汽车在轨道上行驶一样
这产生了强大的动量，将石墨烯器件转化为铁磁系统
更多的测量揭示了一组惊人的新特性:石墨烯系统的内部不仅变得有磁性，而且绝缘；尽管有磁性，它的外缘变形为电流通道，可以无阻力地移动
研究人员说，这种特性代表了一种被称为陈氏绝缘体的罕见绝缘体
更令人惊讶的是，麻省理工学院的合著者亚-张卉的计算显示，石墨烯器件不仅有一个导电边缘，还有两个导电边缘，这使得它成为第一个被观测到的“高阶陈氏绝缘体”，这是三层石墨烯中强电子-电子相互作用的结果
科学家们一直在拓扑学领域对陈省身绝缘体穷追不舍，拓扑学研究物质的奇异状态
陈氏绝缘体为在量子计算机中处理信息提供了潜在的新方法，在量子计算机中，数据存储在量子位中
一个量子位可以代表一个1，一个0，或者同时代表一个1和一个0的状态
陈说:“我们的发现表明，石墨烯是研究不同物理的理想平台，从单粒子物理到超导，再到研究二维材料中物质量子相的拓扑物理。”
“令人兴奋的是，我们现在可以在只有百万分之一毫米厚的微小装置中探索新的物理
" 研究人员希望用他们的石墨烯设备进行更多的实验，以更好地理解陈氏绝缘体/磁体是如何出现的，以及其不同寻常的特性背后的机制
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