麻省理工学院朱棣文教授 在这个例子中，两片石墨烯以稍微偏移的“神奇”角度堆叠在一起，可以成为绝缘体或超导体
麻省理工学院教授巴勃罗·贾里罗-赫雷罗说:“我们把一片石墨烯放在另一片上面，就像把保鲜膜放在保鲜膜上面一样。”
“你会预料到会有褶皱，并且两个薄片的某些区域会有点扭曲，有些扭曲程度较低，就像我们在石墨烯中看到的那样
“荣誉:麻省理工学院何塞-路易斯·奥利瓦雷斯 石墨烯由单层碳原子以六边形蜂窝图案连接而成，结构简单，看起来很精致
自从2004年被发现以来，科学家们发现石墨烯实际上非常坚固
尽管石墨烯不是金属，但它能以超高速导电，比大多数金属都好
2018年，由巴勃罗·贾里洛-赫雷罗和曹苑领导的麻省理工学院科学家发现，当两片石墨烯以稍微偏移的“神奇”角度堆叠在一起时，新的“扭曲”石墨烯结构可以成为绝缘体，完全阻挡电流通过材料，或者矛盾的是，成为超导体，能够让电子无阻力地飞行通过
这是一个里程碑式的发现，有助于开启一个被称为“扭曲电子学”的新领域，即研究扭曲石墨烯和其他材料的电子行为
现在，麻省理工学院团队在本周发表在《自然》杂志上的两篇论文中报告了他们在石墨烯扭转方面的最新进展
在第一项研究中，研究人员和魏茨曼科学研究所的合作者首次对整个扭曲的石墨烯结构进行了成像和绘图，分辨率足够高，他们可以看到整个结构中局部扭曲角度的微小变化
结果揭示了结构中石墨烯层之间的角度稍微偏离平均偏移1°的区域
1度
研究小组以0°的超高角度分辨率探测到了这些变化
002度
这相当于能够从一英里外的地平线上看到苹果的角度
他们发现，与扭转角范围较大的结构相比，角度变化范围较小的结构具有更显著的奇异特性，如绝缘和超导性
麻省理工学院的塞西尔和艾达·格林物理学教授贾里洛-赫雷罗说:“这是第一次绘制出一个完整的装置来观察装置中某一特定区域的扭转角。”
“我们看到，你可以有一点点变化，但仍然显示出超导性和其他奇异的物理现象，但不能太多
我们现在已经描述了你可以有多少扭曲变化，以及有太多的退化效应是什么
" 在第二项研究中，研究小组报告了一种新的扭曲石墨烯结构，它不是由两层而是四层石墨烯组成
他们观察到新的四层魔角结构比它的两层前身对特定的电场和磁场更敏感
这表明，研究人员可能能够更容易和可控地研究四层系统中魔角石墨烯的奇异性质
麻省理工学院的研究生曹(音译)说:“这两项研究的目的是为了更好地理解魔角旋转装置令人费解的物理行为。”
一旦被理解，物理学家相信这些设备可以帮助设计和制造新一代高温超导体、量子信息处理拓扑设备和低能技术
" 就像保鲜膜上的皱纹 自从贾里洛-赫雷罗和他的团队首次发现魔角石墨烯以来，其他人已经抓住机会观察和测量了它的性质
几个研究小组已经利用扫描隧道显微镜(一种在原子水平扫描表面的技术)对魔角结构进行了成像
然而，研究人员只能用这种方法扫描小块魔法角石墨烯，跨度至多几百平方纳米
“在整个微米级结构上观察数百万个原子并不是扫描隧道显微镜最适合的，”贾里罗-赫雷罗说
“原则上这是可以做到的，但需要大量的时间
" 因此，该小组咨询了魏茨曼科学研究所的研究人员，他们开发了一种扫描技术，他们称之为“扫描纳米鱿鱼”，其中鱿鱼代表超导量子干涉设备
传统的鱿鱼像一个小的平分环，它的两半由超导材料制成，通过两个连接点连接在一起
安装在类似扫描隧道显微镜的设备顶端，超导量子干涉仪可以在微观尺度上测量流经环的样品磁场
魏茨曼研究所的研究人员缩小了超导量子干涉仪的设计，以检测纳米级的磁场
当魔角石墨烯被放置在一个小磁场中时，由于形成了所谓的“朗道能级”，它会在结构上产生持续的电流
“例如，这些朗道能级，以及由此产生的持续电流，对局部扭转角非常敏感，根据局部扭转角的精确值，会产生不同大小的磁场
通过这种方式，纳米超导量子干涉仪技术可以探测到偏离1
1度
“事实证明，这是一项惊人的技术，可以捕捉到0°的微小角度变化
距离1 002度
1度，”贾里洛-赫雷罗说
“这对于绘制魔角石墨烯非常有用
" 该小组使用这种技术绘制了两个魔角结构:一个扭曲变化范围较小，另一个扭曲变化范围较大
“我们把一片石墨烯放在另一片上面，类似于把保鲜膜放在保鲜膜上面，”贾里罗-赫雷罗说
“你会预料到会有褶皱，并且两个薄片的某些区域会有点扭曲，有些扭曲程度较低，就像我们在石墨烯中看到的那样
" 他们发现，与具有更多扭曲变化的结构相比，具有更窄扭曲变化范围的结构具有更显著的奇异物理性质，例如超导性
“现在我们可以直接看到这些局部扭曲变化，研究如何设计扭曲角度的变化来实现器件中不同的量子相位可能会很有意思，”曹说
可调物理学 在过去的两年里，研究人员对石墨烯和其他材料的不同配置进行了实验，以观察以特定角度扭曲它们是否会带来奇异的物理行为
贾里洛-赫雷罗的团队想知道，如果他们扩展结构，抵消掉不是两层，而是四层石墨烯，神奇角度石墨烯的迷人物理学是否会成立
自从石墨烯在近15年前被发现以来，关于它的性质已经有了大量的信息，不仅仅是单个薄片，还有多层堆叠和排列——这种结构类似于石墨或铅笔芯
“双层石墨烯——两层彼此成0度角——是一个我们非常了解其特性的系统，”贾里罗-赫雷罗说
“理论计算表明，在双层顶上的双层结构中，发生有趣物理现象的角度范围更大
所以这种结构在制造设备方面可能更宽容
" 部分受到这种理论可能性的启发，研究人员制造了一种新的魔角结构，将一个石墨烯双层与另一个双层偏移了1
1度
然后，他们将新的“双层”扭曲结构连接到电池上，施加电压，并测量在各种条件下(如磁场和垂直电场)流经该设备的电流
就像由两层石墨烯制成的魔角结构一样，新的四层结构显示出一种奇特的绝缘行为
但独特的是，研究人员能够通过电场上下调节这种绝缘特性——这是双层魔角石墨烯所不能做到的
“这个系统是高度可调的，这意味着我们有很多控制，这将使我们能够研究我们无法用单层魔角石墨烯理解的东西，”曹说
“这仍然是非常早期的领域，”贾里罗-赫雷罗说
“目前，物理学界仍然只是对它的现象着迷
人们幻想着我们能制造出什么样的设备，但意识到这还为时过早，我们还有很多东西要了解这些系统
"
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