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堆叠单层和双层石墨烯片，带有扭曲导致新的集体电子国家，包括罕见的磁性形式。
将单层和双层石墨烯扭入三层结构，导致新的量子机械状态。
自从15年前发现石墨烯以来，研究人员一直在全球化的竞争中解锁其独特的财产。不仅是石墨烯 - 一种厚的一块厚的碳，布置在六边形格子中 - 是男性已知的最强，最薄的材料，它也是热电路的优异导体。
现在，哥伦比亚大学和华盛顿大学的研究人员发现，在三层石墨烯结构中可能出现各种异国情调的电子国家，包括稀有形式的磁性。
Thefindings出现在2020年10月12日在自然物理学发布的文章中。
该工作受到最近对石墨烯的扭曲单层或扭曲双层的研究的启发，包括两种或四个总片。发现这些材料托管通过电子之间的强相互作用驱动的异常电子状态阵列。
“我们想知道，如果我们将石墨烯单层和双层组合成一个扭曲的三层系统，”哥伦比亚大学物理学教授Cory Dean表示，如果我们的高级作者之一，那将会发生什么。““我们发现改变石墨烯层的数量赋予这些复合材料，以前没有看到过一些令人兴奋的新属性。”
除院长，助理教授Matthew Yankoyitz和徐义教授在华盛顿大学物理与材料科学与工程部门，是工作中的高级作者。哥伦比亚研究生Shaowen Chen和华盛顿大学研究生Minhao他是本文的联合主导作者。
为了进行实验，研究人员将单层石墨烯堆叠在双层片材上并扭曲它们约1度。在绝对零的温度下几度，团队观察了一系列绝缘状态 - 这不会通过电子之间的强相互作用进行电力驱动。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，应用电场的方向很重要，”Yankowitz说，他也是院长院长的前博士后研究员。
当研究人员指向单层石墨烯片的电场时，该系统类似于扭曲的双层石墨烯。但是，当它们翻转电场的方向并向双层石墨烯片指向时，它模仿双层双层石墨烯 - 四层结构。
该团队还在系统中发现了新的磁力状态。与传统的磁铁不同，这由被称为“旋转”的电子的量子力学特性驱动，在团队的三层结构中的电子中的集体旋转运动下潜，他们观察到磁性。
最近由其他研究人员在氮化硼晶体上的各种结构中的其他研究人员发现这种形式的磁性。该团队现已表明，在完全用石墨烯完全构造的系统中也可以观察到它。
“纯碳不是磁性的，”Yankoyitz说。“值得注意的是，我们可以通过在右扭曲角度安排三个石墨烯床单来设计这个属性。”
除了磁性之外，该研究还发现了结构中的拓扑迹象。类似于绳索中的不同类型的结，材料的拓扑特性可能导致新的信息存储形式，“可以是量子计算或新型节能数据存储应用的平台”，“徐说。
目前，他们正在研究实验，以进一步了解他们在该平台中发现的新状态的基本属性。“这真的只是一个开始，”yankoyitz说。
参考：“扭曲的单层 - 双层石墨烯的电气可调相关和拓扑状态”通过少文陈，闵豪河，ya-hui zhing，valerie hsieh，zaiyao fei，k. watanabe，t. taniguchi，David H. Cobden，xiaodong xu，cory r 。迪恩和马修yankowitz，2020年10月12日，自然物理.DOI：
10.1038 / S41567-020-01062-6
该研究（“扭曲的单层 - 双层石墨烯的电动调谐相关和拓扑状态”是由可编程量子材料的支持，由美国能源部（DOE）资助的能源前沿研究中心，科学和基本能源办公室提供科学。
