原子級樂高
我們來到了整個領域裡最好玩、也最強大的想法。我們有滿滿一抽屜原子級薄片——導電的石墨烯、帶著各自能隙的半導體片、絕緣的氮化硼。它們是平的，是潔淨的，而最關鍵的是，它們內部由強鍵維繫，彼此之間卻只靠溫和的[[van-der-waals-bond|凡得瓦]]吸引相黏。那麼，有什麼能攔住我們，不讓我們乾脆把一張片鋪到另一張片上頭，像一本書裡的書頁那樣，自己來選順序呢？
沒有什麼能攔住。我們可以一張一張地把片拿起來，按我們喜歡的任何次序疊起來——導體疊在絕緣體上、絕緣體疊在半導體上——而溫和的凡得瓦黏性，不用膠水、不用化學反應，就把這座塔維繫在一起。用這種方式搭起來的、由不同二維片組成的一摞，叫作[[van-der-waals-heterostructure|凡得瓦異質結構]]。「異質」這個詞不過是「不同種類」的意思；我們是在把不同的材料疊成一塊大自然從未造過的、訂製的晶體。
為什麼疊起來不只是片的簡單相加
你也許以為，一摞片就是個乏味的加總：這一層導電，那一層擋電，完事。但實際發生的事遠比這豐富，因為這些片之間只隔著一個原子。一張片裡的電子，能感受到隔壁那張片的電學推搡；在一層裡被吸收的光，能把它的能量交給另一層；近鄰的親密相伴，重塑了每一層的行為方式。這摞片，是層與層之間的一場對話，而不是一摞互不相識的陌生人。
這讓工程師單憑堆疊就能造出整個能工作的器件。想要一個電晶體？把一張半導體片夾在絕緣的氮化硼之間，外側放上導電的石墨烯，充當導線和開關——一個比肥皂泡膜還薄的完整器件。想要一個光感測器或一個微小的發光二極體？挑選那些能隙恰好對得上、能捕捉或釋放你想要的顏色的層。異質結構把器件設計變成了幾乎像做菜一樣的事：選你的層，選它們的次序，菜譜本身就是那台機器。
請注意，我們如今已經見過了三條完全不同、卻通向同一個低維目的地的路：從天然晶體上揭片、一個原子一個原子地生長層，或像樂高一樣手工堆疊片。這是三條路，而第三條，正要給我們近年物理裡最令人震驚的驚喜——一個不來自你疊了哪些片、而來自你怎麼轉動它們的驚喜。
把兩張片擰一下，一個巨大的圖案就冒了出來
這裡有件你用自己的眼睛就能看到、不需要任何物理的事。拿兩片紗窗，或兩層細網，把一片平鋪在另一片上。現在，把上面那片只稍微轉一點點。立刻，一個巨大的、漩渦般的明暗斑塊圖案，就在重疊處綻放開來——遠比任何一片紗網的網眼都大得多。這種當兩張細網格以一個小角度相疊時誕生的、微微閃動的干涉圖案，叫作[[moire-pattern|莫爾圖案]]。你在電視螢幕上、在摺疊的窗簾裡、在一張條紋襯衫的照片裡，都見過它。
現在，用兩張石墨烯片，原原本本地做這件事。把一張蜂窩疊在另一張上，給上面那張一個微小的扭轉——零點幾度。兩張原子網格相互干涉，一個莫爾圖案就出現了，只不過這一次，它是由原子構成的。令人震驚的，是它的尺度。蜂窩自身的間距是零點幾奈米，可它產生的莫爾圖案，卻能有十奈米那麼寬——大上幾十倍。一個微觀的扭轉，變出了一個巨大的新圖案，一張全新的超級網格，鋪在原子之上。這種被擰過的、雙層的一摞，就是一個[[twisted-bilayer|扭曲雙層]]。
魔角：電子在這裡變慢、變怪的地方
現在，是 2018 年震動了物理學界的那個妙處。那個巨大的莫爾超級網格，像一片全新的、溫和的地形，鋪在電子之上——而這片地形重塑了它們的運動方式。在一個非常特別的扭轉角度上——接近 1.1 度，綽號魔角——一件驚人的事發生了。莫爾地形把電子困得如此有效，以至於它們慢得幾乎停了下來。它們在石墨烯裡那種飛速的奔馳——第二講裡那些沒有重量的狄拉克電子——幾乎被剎停。
為什麼變慢這麼要緊？回想凝聚態物理別處的一個主題：當電子又快又自由地運動時，它們幾乎注意不到彼此，那個簡單的孤獨電子圖景就管用。但把電子放慢、再把它們擠到一起，突然之間，每一個都沒法無視鄰居的推搡了。它們變成了一個[[strongly-correlated-system|強關聯系統]]——一個必須協同行動的人群。魔角，就是一個旋鈕，把尋常、互不相干的電子，擰成一個緊密協調、彼此通氣的人群。
而協同行動的人群，會做出蔚為壯觀的事。在魔角處，人們發現扭曲雙層石墨烯在某些電子數目下變成絕緣體——而只要把電子數目稍微一擰，它又變成一個[[superconductivity|超導體]]，以零電阻輸送電流。兩層同樣平平無奇的碳，各自單獨時毫無出奇之處，被擰了一度，竟突然容納了物理學裡最深刻的集體現象。那個控制旋鈕，根本不是一種新材料，也不是什麼化學物質。它是一個角度。
前沿，以及它把我們留在了哪裡
魔角的發現，開啟了一個如今綽號叫「扭電子學」的領域——用堆疊片之間的扭轉角度，作為掌控一種材料[[band-structure|能帶結構]]（也就是它的電子被允許擁有的那張深層能量菜單）的一個嶄新旋鈕。扭轉是一個連續的、可以隨意擰動的旋鈕，它和我們在這趟攀登中收集到的其他旋鈕並列：疊哪些片、把它們長多厚、把一個點做多大。它們合在一起，構成了一套出奇完整的、用來雕琢電子行為方式的工具箱。
回望這整趟攀登。我們從一條樸素的真理出發——在奈米尺度，尺寸本身變成一種性質。我們見過了石墨烯，那第一張單層片，和它沒有重量的電子；見過了二維材料更廣闊的動物園和捲起來的奈米管；見過了在阱、線、點裡按訂單構造的限域；最後，見過了把片堆疊、扭轉成無人見過的訂製物質。貫穿這一切的線索，是一個單一而解放人心的想法：通過在原子尺度上掌控形狀、尺寸、維度和排列方式，我們不再僅僅是發現材料——我們得以去設計它們。低維世界，正是物理變成建築的地方。