天然雙層石墨烯內發現新奇量子效應

由德國哥廷根大學領導的一個國際研究團隊在最新一期《自然》雜志上發表論文稱，他們在對天然雙層石墨烯開展的高精度研究中，發現了新奇的量子效應，并從理論上對其進行了解釋。這一系統制備簡單，為載荷子和不同相之間的相互作用提供了新見解，有助于理解所涉及的過程，促進量子計算機的發展。

2004年，兩位英國科學家用一種非常簡單的實驗方法從石墨中剝離出石墨片，并借助特殊膠帶得到僅由一層碳原子構成的石墨烯。石墨烯是強度最高的材料之一，具有很好的韌性、超強導熱性與導電性，應用前景十分廣闊。如果將兩層石墨烯彼此以特定的角度偏轉，所得到的系統甚至會表現出超導性和其他激發量子效應，如磁性。但迄今為止，很難制備出這種偏轉的雙層石墨烯。

在最新研究中，科學家們使用了天然形成的雙層石墨烯。他們首先使用簡單的膠帶從一塊石墨中分離出石墨烯樣品。為觀察量子力學效應，施加了垂直于樣品的高電場。他們發現，所得到系統的電子結構發生了變化，且擁有類似能量的電荷載流子出現強烈的累積效應。

研究進一步發現，在略高于絕對零度（-273.15℃）下，石墨烯中的電子可相互作用，出現了各種意想不到且復雜的量子相。如相互作用導致電子自旋對齊，使材料在沒有施加外部影響的情況下具有磁性。通過改變電場，研究人員也能不斷改變雙層石墨烯中載流子相互作用的強度。此外，電子運動的自由度在特定條件下會受限，形成電子晶格，且由于相互排斥作用，不再有助于傳輸電荷，導致系統對電絕緣。

哥廷根大學物理系托馬斯·韋茨教授表示，新系統的主要優勢之一在于材料制備非常簡單，研究人員不需要像以前那樣在高溫下才能獲得所需結果，可用于進一步研究各種量子態及量子計算機等。