分享信息,整合资源 交流学术,偶尔风月 2018年3月6日,Nature背靠背连刊两文,报道了魔角扭曲双层石墨烯的重大发现。其第一作者,正是学界的少年新星曹原。该研究的巨大影响力,令曹原直接被列入Nature当年评选的十大科学人物。本次,NSR邀请到了两位魔角石墨烯领域的顶级专家进行访谈,他们分别是麻省理工学院的实验物理学家Pablo Jarillo-Herrero,以及德克萨斯大学奥斯汀分校的理论物理学家Allan MacDonald。其中Jarillo-Herrero正是曹原的导师,他高度评价了曹原的成就,称“从他身上学到的东西和他从我身上学到的东西一样多”,而本篇也将围绕魔角扭曲双层石墨烯,来谈谈曹原是如何”扭成的“。 背景介绍 石墨烯是石墨的组成部分,由一个碳原子与周围三个邻近碳原子结合形成,它是含有六边蜂窝网状结构的碳原子单层,厚度等同于一个碳原子。单层石墨烯的存在已被预测几十年,也曾在其他材料表面成功生长,但学界对石墨烯研究兴趣的爆发却是在2004年,因为该年人们才首次发现石墨烯可以通过机械方式从石墨薄片中分离出来(机械剥离法)。 石墨烯经常被描述为一种透明、导电性优良又极其柔韧的神奇材料。但有人感兴趣一些更根本的问题。作为二维导体材料,石墨烯表现出异乎寻常的电子特性、磁特性,在量子限制效应、电子间相互作用等方面有巨大研究价值,在电子元件、设备等领域有着应用前景。2010年的诺贝尔物理学奖被授予给了英国曼彻斯特大学的Andre Geim 和 Konstantin Novoselov两位教授,表彰他们在石墨烯研究领域的杰出贡献。 当两个石墨烯片层足够靠近以发生相互作用时,其奇妙特性会进一步放大。尤其引人注目的是,石墨烯表现出的电子特性可能取决于石墨烯片层的相对角度,即两层蜂窝网状晶格之间的的对齐程度。堆叠在一起的两个蜂窝网状晶格可能会产生一种“超晶格”结构:晶格间在某些特定角度配合后呈现出的规律性更为显著,甚至强于晶格间距所带来的影响。这就是人们所熟知的“莫尔效应”——从远处看两个间隔很近的网格状栅格时就能观察到这种光学现象。 实验探索这种“扭曲双层石墨烯(twisted bilayer graphene,TBG)”的电子特性要求能够精确地控制两个石墨烯片层的位置和角度。这些现象现在也被认为普遍存在于其他二维材料中,例如六方氮化硼(h.BN)片。这些研究开辟了凝聚态物理研究的一方沃土,而某些特定的扭转角度的“魔角双层石墨烯(magic-angle twisted bilayer graphene, MATBG)”,其表现出的神奇电子特性则更是引人入胜。 新 物 理 的 乐 土 挑 战 、 应 用 、 机 遇 魔 角 在 中 国 本文译自《国家科学评论》(National Science Review) Interview文章“A new twist on graphene: an interview with Pablo Jarillo-Herrero and Allan MacDonald ”,原作者Philip Ball, 知社编译。 原文链接:https://academic./nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwac005/6506475 |
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