【導(dǎo)讀】美國麻省理工學院物理學家通過分離按特定順序堆疊的5層超薄石墨烯薄片，將石墨或鉛筆芯變成了“黃金材料”，通過調(diào)整所得材料，可使其表現(xiàn)出在天然石墨中從未見過的3種重要特性。研究成果發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》雜志上。
美國麻省理工學院物理學家通過分離按特定順序堆疊的5層超薄石墨烯薄片，將石墨或鉛筆芯變成了“黃金材料”，通過調(diào)整所得材料，可使其表現(xiàn)出在天然石墨中從未見過的3種重要特性。研究成果發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》雜志上。
麻省理工學院的研究人員通過以精確的順序堆疊5層石墨烯，發(fā)現(xiàn)了石墨的獨特性質(zhì)。這種5層菱面體堆疊石墨烯可以表現(xiàn)出絕緣、磁性或拓撲特性，標志著使用創(chuàng)新納米級顯微鏡技術(shù)在材料物理學中的重大發(fā)現(xiàn)。
圖片來源：桑普森·威爾考克斯/麻省理工學院電子研究實驗室
石墨由碳組成，而石墨烯是排列成六邊形的單層碳原子。石墨烯自大約20年前分離出來以后，一直是深入研究的焦點。此前研究人員發(fā)現(xiàn)，堆疊單片石墨烯，并將它們以微小角度扭轉(zhuǎn)，可以賦予材料從超導(dǎo)到磁性等新特性。
藝術(shù)渲染圖表現(xiàn)了電子相關(guān)性或電子相互“交談”的能力，這種能力可能發(fā)生在一種特殊的石墨（鉛筆芯）中。
圖片來源：桑普森·威爾考克斯/麻省理工學院電子研究實驗室
新研究則發(fā)現(xiàn)，按一定順序排列的5層石墨烯，可讓材料內(nèi)部移動的電子相互通信，這種電子關(guān)聯(lián)現(xiàn)象堪比“魔力”，該材料表現(xiàn)出的特性堪稱電子領(lǐng)域“黃金材料”。研究人員將分離出的材料稱為5層菱面體堆疊石墨烯，其厚度僅為十億分之幾米。分離該材料的關(guān)鍵是散射型掃描近場光學顯微鏡，它可快速且相對便宜地確定材料的各種重要特性。
團隊將電極連接到一個由氮化硼“面包”組成的小三明治結(jié)構(gòu)上，再用不同的電壓來調(diào)整系統(tǒng)。結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)電子數(shù)量會出現(xiàn)3種不同的變化，導(dǎo)致這種材料可能是絕緣的、磁性的或拓撲的。
研究人員解釋說，從本質(zhì)上講，拓撲材料允許電子在材料邊緣不受阻礙地運動，但不能穿過中間。電子沿著材料邊緣的“高速公路”朝一個方向行進，該“高速公路”被構(gòu)成材料中心的中線隔開。因此拓撲材料的邊緣是完美導(dǎo)體，而中心是絕緣體。
這一成果為研究強相關(guān)、拓撲物理等新領(lǐng)域開辟了道路。
信息時代的“摩天大樓”建筑在硅這種極其常見的元素上，然而，再華麗的大廈也會受到地基的限制。當信息時代發(fā)展到一定程度，我們迫切需要新的元素，建起新的“高樓”。本文提到，堆疊單片石墨烯，材料就擁有了神奇性能。碳比硅更為常見，或?qū)⑹俏磥硇畔⒓夹g(shù)的載體。碳材料無所不能：最硬、最軟，絕緣體、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體，隔熱、超導(dǎo)熱，吸光、全透光……但要發(fā)掘碳的潛力，得靠幾十年實驗研發(fā)的積累——看似尋常最奇崛，成如容易卻艱辛。
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