乐研新品推荐：纳米碳材料 — —石墨烯

（一）▶简介◀

石墨烯（Graphene）是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。2004年，Geim和Novoselov等人用胶带从高定向热解石墨（HOPG）中剥离出了单层石墨烯。此后，石墨烯独特的电子特性，机械性能和化学性质陆续被揭开。此外，石墨烯在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，因此被认为是未来革命性的材料之一。

（二）▶科研速递◀

众所周知，石墨烯也是科研工作者们密切关注的科研宠儿，下面小编将带您一起走进石墨烯的世界。

1.Nature:《莫尔石墨烯中的泡利极限破坏和重入超导性》

在该研究中，研究人员在魔角扭曲的三层石墨烯中发现了“让人意外” 的超导现象。研究人员报告称，“当 θ等于大约1.6°的‘魔角’时，MATTG在低温（低至1开尔文）下电阻为零，变为超导体，具有非常规特性。并且，研究对石墨烯中加入超过10T的面内磁场，魔角石墨烯仍能够保留其超导性质，这个现象是经典自旋单重态超导体所容忍的Pauli极限的2-3倍，”

在较高的磁场中观测到在较窄的载流子浓度区间和偏置电压中能够重复获得超导性的现象，说明在三层魔角石墨烯材料中产生的超导性来自于非自旋单重态的Cooper对，通过外部磁场控制能够实现在不同相之间转变。

图丨魔角石墨烯的超导效应示意图

通过相关研究，展示了Moiré超导量子材料中丰富的物理现象和作用规律，为发展和设计新型量子材料提供帮助。此外，魔角石墨烯作为一种比较罕见的防磁超导材料，或将有助于设计更强大的MRI机器或量子计算机。

图丨高面内磁场下MATTG的超导性

图丨MATTG中的大泡利极限违规（来源：Nature）

2.Nature:《魔角扭曲双层石墨烯中的分数陈绝缘体》

DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-021-04002-3

寻找具有拓扑特性的新型材料有望为下一代电子产品带来希望。此研究工作报告了一种通过高分辨率局部压缩率测量实现的魔角扭曲双层石墨烯在低磁场下观察到的八个FCI状态。这些状态中的第一个在5T时出现，它们的出现伴随着附近拓扑平凡电荷密度波态的消失而消失。本工作证明了，与BLG/hBN平台不同，弱磁场的主要作用只是重新分配本征Chern带的贝里(Berry)曲率，使得有利于FCIs产生的量子几何得以实现。此研究成果表明了FCI可以在零磁场下实现，并为探索和操纵平坦莫尔Chern带中的任意子激发铺平道路。

图1.MATBG中具有分数量子数的不可压缩态  

图2.密度波在低磁场下的状态为2.5<ν< 4

图3.弱磁场中的FCI

图4.更高磁场下的额外FCI

以上两篇关于魔角石墨烯的顶刊为我们展示了石墨烯的超导及拓扑特性，以此为基础深入研究有希望打开通往碳基拓扑量子计算机和新一代电子产品的颠覆之路。

（三）▶市场应用◀

石墨烯Graphene是由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的单层二维碳纳米材料，这种稳定二维蜂巢状晶格结构赋予了石墨烯力学、光学、电学和微观量子性质等极为优异的性能，其也被称为“材料之王”。

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