原子级乐高
我们来到了整个领域里最好玩、也最强大的想法。我们有满满一抽屉原子级薄片——导电的石墨烯、带着各自带隙的半导体片、绝缘的氮化硼。它们是平的，是洁净的，而最关键的是，它们内部由强键维系，彼此之间却只靠温和的[[van-der-waals-bond|范德华]]吸引相黏。那么，有什么能拦住我们，不让我们干脆把一张片铺到另一张片上头，像一本书里的书页那样，自己来选顺序呢？
没有什么能拦住。我们可以一张一张地把片拿起来，按我们喜欢的任何次序叠起来——导体叠在绝缘体上、绝缘体叠在半导体上——而温和的范德华黏性，不用胶水、不用化学反应，就把这座塔维系在一起。用这种方式搭起来的、由不同二维片组成的一摞，叫作[[van-der-waals-heterostructure|范德华异质结构]]。“异质”这个词不过是“不同种类”的意思；我们是在把不同的材料叠成一块大自然从未造过的、定制的晶体。
为什么叠起来不只是片的简单相加
你也许以为，一摞片就是个乏味的加总：这一层导电，那一层挡电，完事。但实际发生的事远比这丰富，因为这些片之间只隔着一个原子。一张片里的电子，能感受到隔壁那张片的电学推搡；在一层里被吸收的光，能把它的能量交给另一层；近邻的亲密相伴，重塑了每一层的行为方式。这摞片，是层与层之间的一场对话，而不是一摞互不相识的陌生人。
这让工程师单凭堆叠就能造出整个能工作的器件。想要一个晶体管？把一张半导体片夹在绝缘的氮化硼之间，外侧放上导电的石墨烯，充当导线和开关——一个比肥皂泡膜还薄的完整器件。想要一个光传感器或一个微小的发光二极管？挑选那些带隙恰好对得上、能捕捉或释放你想要的颜色的层。异质结构把器件设计变成了几乎像做菜一样的事：选你的层，选它们的次序，菜谱本身就是那台机器。
请注意，我们如今已经见过了三条完全不同、却通向同一个低维目的地的路：从天然晶体上揭片、一个原子一个原子地生长层，或像乐高一样手工堆叠片。这是三条路，而第三条，正要给我们近年物理里最令人震惊的惊喜——一个不来自你叠了哪些片、而来自你怎么转动它们的惊喜。
把两张片拧一下，一个巨大的图案就冒了出来
这里有件你用自己的眼睛就能看到、不需要任何物理的事。拿两片纱窗，或两层细网，把一片平铺在另一片上。现在，把上面那片只稍微转一点点。立刻，一个巨大的、旋涡般的明暗斑块图案，就在重叠处绽放开来——远比任何一片纱网的网眼都大得多。这种当两张细网格以一个小角度相叠时诞生的、微微闪动的干涉图案，叫作[[moire-pattern|莫尔图案]]。你在电视屏幕上、在折叠的窗帘里、在一张条纹衬衫的照片里，都见过它。
现在，用两张石墨烯片，原原本本地做这件事。把一张蜂窝叠在另一张上，给上面那张一个微小的扭转——零点几度。两张原子网格相互干涉，一个莫尔图案就出现了，只不过这一次，它是由原子构成的。令人震惊的，是它的尺度。蜂窝自身的间距是零点几纳米，可它产生的莫尔图案，却能有十纳米那么宽——大上几十倍。一个微观的扭转，变出了一个巨大的新图案，一张全新的超级网格，铺在原子之上。这种被拧过的、双层的一摞，就是一个[[twisted-bilayer|扭曲双层]]。
魔角：电子在这里变慢、变怪的地方
现在，是 2018 年震动了物理学界的那个妙处。那个巨大的莫尔超级网格，像一片全新的、温和的地形，铺在电子之上——而这片地形重塑了它们的运动方式。在一个非常特别的扭转角度上——接近 1.1 度，绰号魔角——一件惊人的事发生了。莫尔地形把电子困得如此有效，以至于它们慢得几乎停了下来。它们在石墨烯里那种飞速的奔驰——第二讲里那些没有重量的狄拉克电子——几乎被刹停。
为什么变慢这么要紧？回想凝聚态物理别处的一个主题：当电子又快又自由地运动时，它们几乎注意不到彼此，那个简单的孤独电子图景就管用。但把电子放慢、再把它们挤到一起，突然之间，每一个都没法无视邻居的推搡了。它们变成了一个[[strongly-correlated-system|强关联系统]]——一个必须协同行动的人群。魔角，就是一个旋钮，把寻常、互不相干的电子，拧成一个紧密协调、彼此通气的人群。
而协同行动的人群，会做出蔚为壮观的事。在魔角处，人们发现扭曲双层石墨烯在某些电子数目下变成绝缘体——而只要把电子数目稍微一拧，它又变成一个[[superconductivity|超导体]]，以零电阻输送电流。两层同样平平无奇的碳，各自单独时毫无出奇之处，被拧了一度，竟突然容纳了物理学里最深刻的集体现象。那个控制旋钮，根本不是一种新材料，也不是什么化学物质。它是一个角度。
前沿，以及它把我们留在了哪里
魔角的发现，开启了一个如今绰号叫“扭电子学”的领域——用堆叠片之间的扭转角度，作为掌控一种材料[[band-structure|能带结构]]（也就是它的电子被允许拥有的那张深层能量菜单）的一个崭新旋钮。扭转是一个连续的、可以随意拧动的旋钮，它和我们在这趟攀登中收集到的其他旋钮并列：叠哪些片、把它们长多厚、把一个点做多大。它们合在一起，构成了一套出奇完整的、用来雕琢电子行为方式的工具箱。
回望这整趟攀登。我们从一条朴素的真理出发——在纳米尺度，尺寸本身变成一种性质。我们见过了石墨烯，那第一张单层片，和它没有重量的电子；见过了二维材料更广阔的动物园和卷起来的纳米管；见过了在阱、线、点里按订单构造的限域；最后，见过了把片堆叠、扭转成无人见过的定制物质。贯穿这一切的线索，是一个单一而解放人心的想法：通过在原子尺度上掌控形状、尺寸、维度和排列方式，我们不再仅仅是发现材料——我们得以去设计它们。低维世界，正是物理变成建筑的地方。