【導讀】美國麻省理工學(xué)院物理學(xué)家通過(guò)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(guò)調整所得材料，可使其表現出在天然石墨中從未見(jiàn)過(guò)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(xué)院物理學(xué)家通過(guò)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(guò)調整所得材料，可使其表現出在天然石墨中從未見(jiàn)過(guò)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(xué)院的研究人員通過(guò)以精確的順序堆疊5層石墨烯，發(fā)現了石墨的獨特性質(zhì)。這種5層菱面體堆疊石墨烯可以表現出絕緣、磁性或拓撲特性，標志著(zhù)使用創(chuàng )新納米級顯微鏡技術(shù)在材料物理學(xué)中的重大發(fā)現。
圖片來(lái)源：桑普森·威爾考克斯/麻省理工學(xué)院電子研究實(shí)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(lái)以后，一直是深入研究的焦點(diǎn)。此前研究人員發(fā)現，堆疊單片石墨烯，并將它們以微小角度扭轉，可以賦予材料從超導到磁性等新特性。
藝術(shù)渲染圖表現了電子相關(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(lái)源：桑普森·威爾考克斯/麻省理工學(xué)院電子研究實(shí)驗室
新研究則發(fā)現，按一定順序排列的5層石墨烯，可讓材料內部移動(dòng)的電子相互通信，這種電子關(guān)聯(lián)現象堪比“魔力”，該材料表現出的特性堪稱(chēng)電子領(lǐng)域“黃金材料”。研究人員將分離出的材料稱(chēng)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(chǎng)光學(xué)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(gè)由氮化硼“面包”組成的小三明治結構上，再用不同的電壓來(lái)調整系統。結果，他們發(fā)現電子數量會(huì )出現3種不同的變化，導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(shuō)，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(dòng)，但不能穿過(guò)中間。電子沿著(zhù)材料邊緣的“高速公路”朝一個(gè)方向行進(jìn)，該“高速公路”被構成材料中心的中線(xiàn)隔開(kāi)。因此拓撲材料的邊緣是完美導體，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(kāi)辟了道路。
信息時(shí)代的“摩天大樓”建筑在硅這種極其常見(jiàn)的元素上，然而，再華麗的大廈也會(huì )受到地基的限制。當信息時(shí)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(jiàn)，或將是未來(lái)信息技術(shù)的載體。碳材料無(wú)所不能：最硬、最軟，絕緣體、半導體、超導體，隔熱、超導熱，吸光、全透光……但要發(fā)掘碳的潛力，得靠幾十年實(shí)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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