低维与纳米尺度系统
扭转双层
/ TWIS-ted BY-lay-er /
拿两张一模一样的纱窗,把一张完完整整地叠在另一张上——你几乎注意不到第二张的存在。现在把上面那张只转一个极小的角度。一片由明暗斑块组成的醒目图案,会忽然铺展开来,远比网眼本身大得多。把两张原子薄片以一个小小的扭角叠在一起,做的正是同一件事,而这浮现出来的图案,会戏剧性地改变物理。
扭转双层是两片原子级薄的晶体,通常是两张石墨烯,一张相对另一张转过一个一度左右的小角度叠在一起。这一点点错位,造出一种大尺度的重复图案,即莫尔条纹,它对电子而言,就像一个全新的、大得多的晶格。在某些“魔角”上,这个超晶格把电子的能带压得如此之平,以至于电子几乎慢到停滞,而它们彼此之间的排斥——通常只是个次要效应——便反客为主,主宰了一切。
扭转双层之所以重要,是因为这单单一个扭角,成了一个全新的控制旋钮:2018年,人们发现接近约1.1度的扭转双层石墨烯,能在绝缘和超导的行为之间切换,由此开创了“扭电子学”这一领域。诚实的提醒是:要命中并稳住魔角异常微妙——偏差零点几度,或各层随时间略微松弛,都可能把那些戏剧性的效应彻底抹去。
当两张石墨烯被扭到大约1.1度时,这材料可以从一个阻断电流的绝缘体,被调成一个以零电阻承载电流的超导体——而这一切仅靠调节附近的一个电压,材料本身丝毫未变。
扭到魔角的双层石墨烯,能在绝缘与超导之间被来回切换。
扭转的神奇之处,并不在角度本身,而在它所产生的巨大莫尔超晶格:正是这浮现出来的图案把能带压平,所以扭角之所以要紧,仅仅因为它设定了莫尔图案的间距。
又称
另见