哥伦比亚大学 扭曲堆叠单层和双层石墨烯片会产生新的集体电子态，包括一种罕见的磁性形式
学分:哥伦比亚大学 自从15年前发现石墨烯以来，研究人员一直在全球范围内努力发掘其独特的性能
石墨烯——一种以六边形晶格排列的一个原子厚的碳片——不仅是人类已知的最强、最薄的材料，也是热和电的优秀导体
现在，哥伦比亚大学和华盛顿大学的一组研究人员发现，在三层石墨烯结构中可以出现各种奇异的电子态，包括一种罕见的磁性形式
该发现发表在10月10日的一篇文章中
自然物理学12
这项工作的灵感来自最近对扭曲单层或扭曲双层石墨烯的研究，包括两层或四层
这些材料被发现拥有一系列由电子间强相互作用驱动的不寻常的电子态
“我们想知道，如果我们将石墨烯单层和双层结合成一个扭曲的三层系统，会发生什么，”哥伦比亚大学物理学教授、该论文的资深作者之一科里·迪恩说
“我们发现，改变石墨烯的层数赋予这些复合材料一些前所未见的令人兴奋的新特性
" 除了迪恩之外，华盛顿大学物理系和材料科学与工程系的助理教授马修·扬科维茨和徐晓东教授都是这项工作的资深作者
哥伦比亚大学研究生和华盛顿大学研究生何是该论文的合著者
为了进行实验，研究人员将单层石墨烯片堆叠在双层片上，并将它们扭曲约1度
在绝对零度以上几度的温度下，研究小组观察到一系列绝缘状态——它们不导电——由电子之间的强相互作用驱动
他们还发现，这些状态可以通过在石墨烯片上施加电场来控制
“我们了解到应用电场的方向非常重要，”扬科维茨说，他也是迪安团队的前博士后研究员
当研究人员将电场指向单层石墨烯片时，该系统类似于扭曲的双层石墨烯
但是当他们翻转电场的方向并指向双层石墨烯片时，它模仿了扭曲的双层石墨烯——四层结构
该团队还在系统中发现了新的磁性状态
他们观察到，与传统磁体不同，传统磁体由称为“自旋”的电子量子力学特性驱动，团队三层结构中电子的集体涡旋运动是磁性的基础
其他研究人员最近在氮化硼晶体上的各种石墨烯结构中发现了这种形式的磁性
该团队现在已经证明，它也可以在完全由石墨烯构建的更简单的系统中观察到
“纯碳没有磁性，”扬科维茨说
“值得注意的是，我们可以通过将三个石墨烯片以正确的扭转角度排列来设计这一特性
" 除了磁性，这项研究还揭示了结构中的拓扑迹象
徐说，类似于在绳子上打不同类型的结，这种材料的拓扑性质可能会导致新形式的信息存储，这“可能是量子计算或新型节能数据存储应用的平台。”
目前，他们正在进行实验，以进一步了解他们在这个平台上发现的新状态的基本性质
“这真的只是开始，”扬科维兹说
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
