哈佛大学利亚·布伦斯 原子尺度的云纹图案由两片倾斜的石墨烯重叠而成
信用:维基百科 这种转变已经席卷了凝聚态物理领域
不，不是20世纪60年代的舞蹈热让查比·切克出名——这是一个惊人的发现，两片石墨烯，一个扁平的蜂窝状碳晶格，可以以所谓的神奇角度堆叠和扭曲，以展示包括超导行为在内的截然不同的属性
自2018年第一个实验验证发表以来，世界各地的研究人员一直在探索凝聚态物理和材料科学这个快速发展的分支
但是当有数百万种不同的方法来堆叠和扭曲石墨烯等二维材料层时，你怎么知道哪种方法会产生有趣的特性呢？ 这是哈佛大学约翰·阿最近的两篇研究文章
鲍尔森工程和应用科学学院(SEAS)和物理系也加入进来
出版物的第一作者圣乔治·特里特萨斯是SEAS的一名研究学者，他与埃夫西米奥斯·卡希拉斯的研究小组、物理系的约翰·哈斯布鲁克·范·弗吕克纯物理和应用物理教授以及SEAS应用计算科学研究所所长一起设计了一个计算系统，用于筛选扭曲的多层石墨烯叠层，以确定与潜在的有趣电子特性相关的扭曲角
这种方法可以识别具有定制特性的纳米结构，有助于加速量子和其他技术的发展和商业化
研究文章发表在《二维材料》和《化学信息与建模杂志》上
这项研究建立在该团队在材料建模和机器学习方面的专业知识及其先前在这一新兴领域名为twistronics的工作的基础上
“扭曲”这个术语最初是由卡西拉斯研究小组在对层状石墨烯的早期理论研究中引入的
它指的是通过连续层之间的旋转来调整二维材料的电特性的能力
“除了增加我们对任意分层石墨烯的理论知识之外，一个重要的目标是最大限度地减少耗时的试错实验，因为在实验室实现魔角配置仍然是一项艰苦的努力，”特里萨斯说
“我们想开发一个自动化系统，实验学家、工程师或者算法可以用来快速回答这个问题，这种分层结构可能有趣吗
" 为此，团队利用了关于这些材料的现有知识
这种材料的电学性质是由电子在各层中的能量随动量的变化而决定的
关于扭曲构型是否会表现出有趣的电子现象的一个指标是，在存在其他电子的情况下，单个电子的能量是否可以被限制在一个窄的窗口内，从而在电子能级图中产生几乎平坦的能带
为了在给定的配置中寻找这些平坦的带，研究人员使用超级计算机对电子的允许能级进行精确计算，并结合自动车辆中常用的计算机视觉算法来发现平坦的物体，如车道分隔器
研究小组使用这种方法快速分类多达十层的石墨烯堆
“通过自动化数据收集和分析，并使用机器学习来创建整个数据库的信息可视化，我们能够以资源有效的方式搜索魔角多层石墨烯堆栈，”特里萨斯说
“我们的流线型方法也适用于石墨烯之外的二维层状材料
" 以数据为中心的材料发现和优化方法已经在一系列领域得到应用，包括在制药领域确定新的药物靶点，以及在消费电子领域为电视屏幕寻找新的有机发光二极管
“如何最好地利用数据挖掘和机器学习进行材料研究并不总是直截了当的，因为研究人员通常处理稀疏和高维数据，解决方案往往是特定领域的
我们想分享我们的发现，以增加对结合基于物理和数据驱动的模型的信心，这种方式对二维材料领域的科学家和技术人员来说将是有趣和有用的，”特里萨斯说
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