研究發(fā)現(xiàn)雙層石墨烯中的量子效應(yīng) 助力量子計(jì)算機(jī)發(fā)展

由德國哥廷根大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究團(tuán)隊(duì)在最新一期《自然》雜志上發(fā)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(fā)現(xiàn)了新奇的量子效應(yīng)，并從理論上對其進(jìn)行了解釋。這一系統(tǒng)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(jìn)量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展。

2004年，兩位英國科學(xué)家用一種非常簡單的實(shí)驗(yàn)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(gòu)成的石墨烯。石墨烯是強(qiáng)度最高的材料之一，具有很好的韌性、超強(qiáng)導(dǎo)熱性與導(dǎo)電性，應(yīng)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(zhuǎn)，所得到的系統(tǒng)甚至?xí)憩F(xiàn)出超導(dǎo)性和其他激發(fā)量子效應(yīng)，如磁性。但迄今為止，很難制備出這種偏轉(zhuǎn)的雙層石墨烯。

在最新研究中，科學(xué)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(xué)效應(yīng)，施加了垂直于樣品的高電場。他們發(fā)現(xiàn)，所得到系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，且擁有類似能量的電荷載流子出現(xiàn)強(qiáng)烈的累積效應(yīng)。

研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)了各種意想不到且復(fù)雜的量子相。如相互作用導(dǎo)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(qiáng)度。此外，電子運(yùn)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(dǎo)致系統(tǒng)對電絕緣。

哥廷根大學(xué)物理系托馬斯·韋茨教授表示，新系統(tǒng)的主要優(yōu)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(jié)果，可用于進(jìn)一步研究各種量子態(tài)及量子計(jì)算機(jī)等。

總編輯圈點(diǎn)：

雙層石墨烯是由兩層以六角形蜂巢結(jié)構(gòu)周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式構(gòu)成的一種二維碳材料。查閱資料可以發(fā)現(xiàn)，科研人員已在它身上做了不少研究。他們在雙層石墨烯中發(fā)現(xiàn)了量子反常霍爾效應(yīng);發(fā)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)雙層石墨烯可在低溫下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。這次，又是一篇關(guān)于雙層石墨烯的《自然》論文——在略高于絕對零度的條件下，石墨烯的電子出現(xiàn)了出人意料的復(fù)雜的量子相。看樣子，雙層石墨烯確實(shí)是種“寶藏”材料，人們總可以從不同角度挖掘出驚喜。（ 劉霞）