8月12日，學(xué)術(shù)頂刊《自然》上同期刊登了兩篇關(guān)于碳量子材料論文。
二維碳量子材料中存在平帶（flat?band）。處于平帶中的電子相互間作用力很強，從而產(chǎn)生特殊的電學(xué)性能，如非常規(guī)超導(dǎo)態(tài)和關(guān)聯(lián)絕緣態(tài)等。二維碳量子材料因而成為研究電子強關(guān)聯(lián)和高溫超導(dǎo)機理的重要平臺。最近大火的魔角石墨烯便是石墨烯量子材料的一員。制備魔角石墨烯需要調(diào)整兩層石墨烯間的夾角至~1.1°（誤差不大于0.1°）。如此精密的操作難以推廣。《自然》上的兩篇工作面對這一挑戰(zhàn)，報道了制備更方便、具有類似魔角石墨烯電學(xué)性質(zhì)的“替代品”。
美國Rutgers大學(xué)Eva?Y. Andrei教授和Yuhang?Jiang教授團隊發(fā)現(xiàn)沉積在平整六方氮化硼（h-BN）或硒化鈮（NbSe2）納米片上的單層石墨烯在稀釋氫氣氛圍下（10% H2，90% Ar）加熱至503 K后降溫至4.6 K時，可在局部起皺形成規(guī)則的超晶格。該超晶格由兩列褶皺交匯而成，形成如山峰-山谷般周期起伏的形貌。通過掃描隧道電子顯微鏡表征和計算模擬，作者們發(fā)現(xiàn)在超晶格中的電子運動仿佛被周期性分布的巨大磁場束縛，從而產(chǎn)生類魔角石墨烯的平帶和相關(guān)電學(xué)性質(zhì)。本工作報道的制備方法有望拓展至其他超晶格體系。
【2】
傳統(tǒng)石墨晶體結(jié)構(gòu)屬六方晶系，呈ABABAB…堆積，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。而石墨還有另一種亞穩(wěn)態(tài)晶體結(jié)構(gòu)——菱形石墨。該結(jié)構(gòu)呈ABCABCABC…堆積，為三方晶系。理論預(yù)測認(rèn)為正是這種內(nèi)在錯位堆積使菱形石墨表面出現(xiàn)近似電子平帶，從而出現(xiàn)電子–電子強關(guān)聯(lián)作用。
英國曼徹斯特大學(xué)Artem?Mischenko教授團隊首次實驗驗證了這一預(yù)測。他們采用h-BN封裝法，將不同層數(shù)（~10–50層）的菱形石墨限制于兩層h-BN之間，從而維持了菱形石墨的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。他們測定了菱形石墨在不同溫度和電磁場強度下的電阻，發(fā)現(xiàn)施加電磁場可讓菱形石墨表面電子能級出現(xiàn)帶隙，機理與量子自旋霍爾效應(yīng)有關(guān)。更神奇的是，當(dāng)菱形石墨的厚度降到4?nm以下，不加任何電磁場情況下帶隙會自動出現(xiàn)。同時，作者們發(fā)現(xiàn)菱形石墨電阻變化遲于電磁場變化。這一現(xiàn)象的本質(zhì)尚未有定論，但作者們認(rèn)為這暗示了4 nm厚的菱形石墨為一種強關(guān)聯(lián)電子體系。
