近日消息，來(lai)自西班牙、美國、中國和(he)日本專家組成的(de)國際研(yan)究團隊發現(xian)，只需(xu)很小的(de)電壓(ya)變化(hua)即(ji)可(ke)打開或關(guan)閉雙(shuang)(shuang)層石(shi)墨烯中的(de)超導特性，從(cong)而提高了(le)其(qi)在電子設備中的(de)用途。這是(shi)在先前關(guan)于(yu)扭曲雙(shuang)(shuang)層石(shi)墨烯及其(qi)表現(xian)出交替的(de)超導和(he)絕(jue)緣區域的(de)能力的(de)研(yan)究基(ji)礎上的(de)新發現(xian)。

得克薩斯(si)(si)大學(xue)奧斯(si)(si)汀分校的物理學(xue)家艾(ai)倫·麥克唐納（AllanMacDonald）說：“制造一種在(zai)室(shi)溫下具有(you)超導(dao)(dao)性的材料(liao)，這(zhe)是物理學(xue)的圣(sheng)杯。”“因此，這(zhe)是這(zhe)項工(gong)作動機的一部分：更好地了解材料(liao)的高(gao)溫超導(dao)(dao)性。”

這一(yi)發現是名(ming)為(wei)“轉(zhuan)角電子學”的(de)(de)新興領域取得的(de)(de)重大進(jin)步，該領域的(de)(de)先驅包括MacDonald和同(tong)樣來自(zi)德克薩斯大學奧斯汀分校的(de)(de)工程師EmanuelTutuc。世界各地的(de)(de)研究人員花費了數年的(de)(de)辛勤(qin)工作，才(cai)能將MacDonald的(de)(de)原始理論轉(zhuan)化為(wei)具有(you)這些奇怪特性(xing)的(de)(de)材料，但這值得等待。

2011年，使用量子數學和計算(suan)機建模(mo)研究(jiu)(jiu)二(er)維(wei)材(cai)料(liao)的(de)(de)理(li)論物理(li)學家MacDonald在研究(jiu)(jiu)中有一(yi)個(ge)意(yi)外(wai)發(fa)現(xian)。他與博士后研究(jiu)(jiu)員拉菲(fei)·比(bi)斯特里策（RafiBistritzer）一(yi)起，研究(jiu)(jiu)了一(yi)個(ge)簡單但精(jing)確(que)的(de)(de)模(mo)型，該模(mo)型可以說明當二(er)維(wei)材(cai)料(liao)的(de)(de)一(yi)個(ge)原(yuan)子層相對(dui)于另一(yi)層稍微扭(niu)曲時，電子在堆(dui)疊的(de)(de)2D材(cai)料(liao)中的(de)(de)行為(wei)(wei)。麥克唐納認為(wei)(wei)，看似無(wu)法解決(jue)的(de)(de)問題可以通過集中于系統的(de)(de)一(yi)個(ge)關鍵參數而大(da)(da)大(da)(da)簡化。

麥克唐納（MacDonald）和比斯特里策（Bistritzer）所采(cai)用的策略被證(zheng)明是成功的。驚喜(xi)來了。當他(ta)們將該方法應用于扭(niu)曲(qu)的雙層石墨烯時，他(ta)們發現在(zai)大(da)約1.1度的非常特定(ding)的角度（被稱(cheng)為“魔角”）時，電子表現出一種奇怪而異常的運動方式(shi)，移動速度了突(tu)然慢100倍(bei)以上。

但是在當時的一段時間(jian)內(nei)，這(zhe)(zhe)(zhe)一發現在很(hen)大(da)程度(du)上被(bei)人(ren)們忽略了。因為(wei)這(zhe)(zhe)(zhe)個實驗結果似乎太不可信，而且，在物理實驗中可以實現創建(jian)具有這(zhe)(zhe)(zhe)樣的二(er)維薄片(pian)的精確定位的這(zhe)(zhe)(zhe)種系統(tong)的物理示例是不明顯的。

但是并(bing)不是所有人都對這個(ge)實(shi)驗結(jie)果感到懷疑(yi)。世(shi)界各地的(de)(de)一些實(shi)驗學(xue)(xue)家注意(yi)到了(le)這一預(yu)(yu)測，并(bing)選(xuan)擇(ze)追求“魔角”。在2018年，麻省(sheng)理(li)工(gong)學(xue)(xue)院的(de)(de)物理(li)學(xue)(xue)家首次(ci)創(chuang)建了(le)一個(ge)扭(niu)曲(qu)了(le)1.1度的(de)(de)層(ceng)狀石墨烯系統，正(zheng)如MacDonald所預(yu)(yu)言的(de)(de)那樣(yang)，他們發(fa)現它表現出了(le)卓越的(de)(de)性能-特別(bie)是在出乎意(yi)料(liao)的(de)(de)高溫條件下具有超(chao)導性。

麥克唐(tang)納說：“沒有簡單的(de)理(li)(li)論可以解(jie)釋為什(shen)么電子(zi)突然減速。”基于(yu)哈佛大學(xue)物(wu)理(li)(li)學(xue)家們(men)最近的(de)工作，現在(zai)有了與在(zai)基本粒子(zi)物(wu)理(li)(li)學(xue)中經常(chang)研究的(de)模型有關的(de)部分解(jie)釋。但是，現在(zai)在(zai)不(bu)同的(de)分層2D材料中存(cun)在(zai)著一(yi)系列(lie)相關的(de)效果，扭曲的(de)雙層石墨烯只是其中的(de)一(yi)部分。“

超導(dao)材料由于沒有電(dian)(dian)阻，可以使電(dian)(dian)子無限(xian)地傳播而不會耗散(san)能(neng)量(liang)。它們(men)可被用于制(zhi)造量(liang)子計算機，因為不需要昂(ang)貴(gui)的(de)制(zhi)冷(leng)設(she)備，超導(dao)材料有可能(neng)成(cheng)為電(dian)(dian)氣傳輸(shu)的(de)革命性(xing)材料。

此(ci)后，科(ke)(ke)學家們在扭(niu)曲的(de)雙層石(shi)墨烯中發(fa)(fa)現了超導性，從而(er)為蓬勃發(fa)(fa)展的(de)子領域提供(gong)了燃料(liao)，這(zhe)個新興(xing)學科(ke)(ke)叫Twistronics轉角電子學，并且發(fa)(fa)展掀起了研究熱潮。

麥克唐(tang)納說：”我(wo)的(de)工作主要(yao)是預測從(cong)未見過的(de)異常現象，或(huo)者試(shi)圖理解尚未被很(hen)好理解的(de)現象。“”我(wo)被直接連接到實際發生的(de)事情的(de)理論所吸引，并(bing)且我(wo)對數學(xue)和理論描述現實世界的(de)力量很(hen)感興趣。“

層(ceng)狀(zhuang)2D材料(liao)的奇異屬性似乎(hu)與粒(li)子(zi)(zi)間的相互(hu)作用有關(guan)(guan)，當電子(zi)(zi)放慢速度時，相互(hu)作用會變得(de)更加關(guan)(guan)鍵，從而導(dao)致各個(ge)電子(zi)(zi)之間的強(qiang)烈(lie)相關(guan)(guan)性。通常，電子(zi)(zi)在(zai)原子(zi)(zi)軌道中幾(ji)乎(hu)分別圍繞(rao)原子(zi)(zi)核繞(rao)圈(quan)，以(yi)最(zui)低的可用能量進(jin)入量子(zi)(zi)態。在(zai)魔角石(shi)墨烯中似乎(hu)并非(fei)如此。

麥克唐納(na)說(shuo)：”基(ji)本上(shang)，當電(dian)子以占(zhan)據最低能量軌道的(de)(de)方(fang)式(shi)組織它(ta)(ta)們在原子中的(de)(de)行(xing)為時，沒有什么(me)有趣(qu)的(de)(de)事(shi)發生。“”但是一旦它(ta)(ta)們的(de)(de)命(ming)運由電(dian)子之間的(de)(de)相互作(zuo)用決定，那(nei)么(me)有趣(qu)的(de)(de)事(shi)情就會發生。“

近年(nian)來，MacDonald和他的團隊探索了三(san)，四或(huo)五(wu)層石墨(mo)烯以(yi)及其他有前途(tu)的材料（特別是過渡金屬(shu)硫屬(shu)化物）的堆疊方式，以(yi)尋找不尋常且可能有用(yong)的現象。

現在(zai)(zai)，麥克唐納（MacDonald）和(he)(he)國際團(tuan)隊在(zai)(zai)《自然(ran)》上(shang)發表(biao)(biao)了一項關于(yu)魔角石墨(mo)烯(xi)的(de)研(yan)究，表(biao)(biao)明該材料可(ke)以表(biao)(biao)現出交替(ti)的(de)超(chao)導(dao)和(he)(he)絕(jue)緣相，可(ke)以在(zai)(zai)很(hen)小(xiao)的(de)電(dian)壓變化下開啟或關閉，類似于(yu)集成(cheng)電(dian)路中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)電(dian)壓，增(zeng)加其在(zai)(zai)電(dian)子設備(bei)中(zhong)的(de)實用(yong)性。為了獲得此結果，加泰羅尼亞光學物理研(yan)究所(suo)的(de)團(tuan)隊成(cheng)員生產了石墨(mo)烯(xi)超(chao)晶格(ge)，其扭曲度比以前更高(gao)。通過這樣(yang)做，他(ta)們發現交錯的(de)絕(jue)緣狀態和(he)(he)超(chao)導(dao)狀態的(de)圖案比預期的(de)更加復雜(za)。TACC超(chao)級計(ji)算機是(shi)MacDonald研(yan)究中(zhong)的(de)關鍵工(gong)具，最(zui)近(jin)的(de)《自然(ran)》雜(za)志(zhi)將其用(yong)于(yu)數據的(de)理論建模(mo)。

他斷言：”我(wo)們要做的(de)許多事情，都離不開(kai)高性(xing)能(neng)(neng)的(de)計算(suan)機。“”我(wo)們開(kai)始在臺(tai)式機上(shang)運行(xing)，然(ran)后很快陷入困境。因此(ci)，在很多情況下，使用超級計算(suan)機是能(neng)(neng)夠獲得(de)令(ling)人滿(man)意(yi)的(de)答案與無法獲得(de)令(ling)人滿(man)意(yi)的(de)答案之間的(de)區別。“

正(zheng)如MacDonald所顯示的那樣，盡管(guan)計算實驗的結(jie)果似乎(hu)不如實驗室中的即時或”真實“，但(dan)這些結(jie)果可以揭示新的探索(suo)途徑，并有助于(yu)闡(chan)明宇(yu)宙的奧秘。

麥克(ke)唐納說：”令我(wo)的工作(zuo)充滿活力的是(shi)，大自然總是(shi)帶來(lai)新(xin)的問題。當你(ni)問一個新(xin)類型的問題時(shi)，你(ni)并(bing)不事(shi)先知道答(da)案是(shi)什(shen)么。“”研究是(shi)一次冒險，我(wo)們總是(shi)在一次次未知領域的冒險中進(jin)步。