宾夕法尼亚州立大学 声学石墨烯阵列的可视化
信用:景云 两个原子一样薄的碳片叠放在一起，称为双层石墨烯，当其中一层以某个角度——一个“神奇”的角度——扭曲时，表现出独特的性质
对两层材料之间的魔术和其他角度错位及其对材料性质的影响的研究被称为扭曲物理学，这是一个迅速发展的凝聚态物理领域
为了将twistronics带入宏观尺度，宾夕法尼亚州立大学的一组研究人员设计了一种等效于魔角双层石墨烯的声学材料
他们的论文最近被《物理评论B:快速通讯》接受
声学和生物医学工程副教授景云说:“研究凝聚态物理概念的类似物可以给我们声学方面的新想法和新应用。”
在一次模拟中，研究小组从一个平板上构建了声学设计，该平板包含一个六角形的孔，类似于纳米级石墨烯中的原子排列
他们添加了另一个石墨烯状的板层，将板对齐，但在两者之间留有垂直的空气间隙，并扭曲了顶板
这种扭曲产生了典型的云纹图案——在典型的魔角石墨烯中也可以看到——这是由两个重叠的相似图案产生的，其中一个稍微旋转或偏移
研究人员随后模拟了声波在阵列中的运动
他们发现，当声波以一定的扭转角在两块板之间传播时，声能集中在云纹图案的特定区域，即顶层和底层的孔对齐的地方
研究人员说，这种行为在原子尺度上反映了电子在魔角石墨烯中的行为
声学博士生陈元·邓说:“电子在石墨烯等材料中的运动在数学上类似于声波在重复结构之间的空气中运动。”
该团队说，这些相似之处可以帮助研究人员从理论上探索传统魔角石墨烯的进一步应用，而不受对其进行实验的限制
他们的声学系统在实验室里更容易制造，因为它不是在纳米尺度上设计的，景说，而且考虑到样品的更大尺寸，扭曲会更容易控制
研究人员还发现，他们的设置为探索神奇的角度创造了新的可能性，现有的研究集中在三度以下的小角度
研究人员可以操纵石墨烯片之间的距离来控制魔角——这对于纳米级的魔角石墨烯来说是极其困难的
研究人员发现，他们的发展产生了比以前想象的多得多的神奇角度
“通过更大的扭转角度，我们可以减小结构的尺寸，”景说
“样品将更容易模拟和最终制造
" 声波能量在声学石墨烯阵列的某些位置的集中可以用于能量收集
如果石墨烯片在声能受限的区域被设计成压电的，它们可以将声波振动的机械能转换成电能
随着进一步的研究，声学魔角石墨烯可能变得适合在各种情况下收集能量
研究人员计划进一步研究声学魔角石墨烯的可能性，并将他们的研究扩展到与不同类型的波有关的领域
“将这种双层结构带入宏观尺度，你可以用不同的结构和波进行实验，”邓说
“我们的系统是声学的，但可以使用类似波动方程的数学函数为任何系统提供反馈
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