石墨烯作為一種前沿新材料，里面有很多的奧秘需要去發(fā)掘、有眾多的技術(shù)難點(diǎn)需要去突破。如二維的石墨烯層可以發(fā)生扭曲嗎，如何去實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)之后將會(huì)帶來(lái)什么樣的性能轉(zhuǎn)變并加以利用去服務(wù)人類社會(huì)？

一、技術(shù)手段

科研工作者已經(jīng)實(shí)現(xiàn)石墨烯層的精確扭曲并調(diào)控其性能。下面是目前運(yùn)用到的技術(shù)手段。

1.機(jī)械旋轉(zhuǎn)疊加控制

1）?角度精確調(diào)控?

將兩層單原子厚度的石墨烯膜堆疊后，通過微納操縱技術(shù)（如原子力顯微鏡探針）使其中一層相對(duì)另一層旋轉(zhuǎn)特定角度。當(dāng)旋轉(zhuǎn)角達(dá)到 ?1.05°–1.1°?（魔角范圍）時(shí)，體系會(huì)形成莫爾超晶格結(jié)構(gòu)，觸發(fā)超導(dǎo)態(tài)或絕緣態(tài)轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵參數(shù)：角度偏差需控制在 ?±0.1°? 以內(nèi)，莫爾周期長(zhǎng)度約 ?13nm?36

2）?壓力輔助穩(wěn)定?

若角度略大于魔角（如1.3°），可通過施加?超高壓強(qiáng)（>10萬(wàn)大氣壓）? 壓縮層間距，誘導(dǎo)超導(dǎo)態(tài)出現(xiàn)。

2.電場(chǎng)與磁場(chǎng)協(xié)同調(diào)控

1）?門電壓切換電子態(tài)?

在扭曲雙層石墨烯器件上施加垂直電場(chǎng)，可動(dòng)態(tài)調(diào)控載流子濃度，實(shí)現(xiàn)?超導(dǎo)態(tài)↔絕緣態(tài)?的可逆切換。四層魔角石墨烯結(jié)構(gòu)中，電場(chǎng)調(diào)控靈敏度更高。

2）?磁場(chǎng)誘導(dǎo)強(qiáng)關(guān)聯(lián)態(tài)?

施加空間梯度磁場(chǎng)可進(jìn)一步壓制電子動(dòng)能，增強(qiáng)電子間相互作用，在非魔角區(qū)域（如大角度扭曲）激發(fā)?分?jǐn)?shù)填充絕緣態(tài)?和磁性有序相。

• 性能轉(zhuǎn)變

1.超導(dǎo)態(tài)與絕緣態(tài)的可逆切換?

（1）?魔角超導(dǎo)現(xiàn)象?當(dāng)雙層石墨烯以特定?1.05°–1.1°?（魔角）扭曲時(shí)，電子能帶趨于平坦，電子間強(qiáng)相互作用誘導(dǎo)超導(dǎo)態(tài)，實(shí)現(xiàn)零電阻導(dǎo)電（臨界溫度約 ?1.7K?）。若角度略大（如 ?1.3°?），施加 ?>10萬(wàn)大氣壓? 可壓縮層間距，同樣觸發(fā)超導(dǎo)態(tài)，臨界溫度提升至 ?>3K?。

（2）?電場(chǎng)控制相變?
通過門電壓調(diào)節(jié)載流子濃度，可在 ?超導(dǎo)態(tài)↔絕緣態(tài)? 間動(dòng)態(tài)切換

絕緣態(tài)：電流完全阻斷（莫特絕緣體態(tài)）；

超導(dǎo)態(tài)：電流無(wú)損耗傳輸。

2.電子結(jié)構(gòu)與關(guān)聯(lián)效應(yīng)強(qiáng)化?

（1）?莫爾超晶格調(diào)控?
扭曲形成周期性莫爾條紋（周期約 ?13nm?），重構(gòu)電子能帶：

• 魔角下形成?平帶?，增強(qiáng)電子關(guān)聯(lián)作用，催生超導(dǎo)/磁性有序態(tài)；
• 大角度扭曲（如 ?>2°?）可誘導(dǎo)?分?jǐn)?shù)填充絕緣態(tài)? 和軌道幾何挫敗，引發(fā)鐵磁/反鐵磁序。

（2）?強(qiáng)相互作用主導(dǎo)?
電子動(dòng)能被壓制，庫(kù)侖相互作用主導(dǎo)系統(tǒng)，導(dǎo)致：

• 分?jǐn)?shù)陳絕緣體態(tài)（如 ?1/3填充?）；
• 量子反?；魻栃?yīng)（無(wú)磁場(chǎng)下邊緣電流）。

3.光電性能躍升?

（1）?光響應(yīng)增強(qiáng)?
特定扭曲角度（如 ?13.5°?）使光電探測(cè)器響應(yīng)度達(dá)普通石墨烯的 ?31倍?，源于?范霍夫奇點(diǎn)（VHS）? 增強(qiáng)光-物質(zhì)相互作用。

（2）?紅外探測(cè)優(yōu)化?
扭曲單層-雙層石墨烯（TMBG）中 VHS 實(shí)現(xiàn)高選擇性紅外光捕獲。

?4.磁性及拓?fù)湫滦袨?

（1）?自旋輸運(yùn)調(diào)控?
扭曲石墨烯與磁性材料集成，可在無(wú)外磁場(chǎng)下實(shí)現(xiàn) ?量子自旋霍爾效應(yīng)?，為自旋電子器件提供新路徑。

（2）?拓?fù)溥吔鐟B(tài)?
魔角系統(tǒng)支持手性邊緣電流，可用于構(gòu)建低功耗量子器件。

5.結(jié)構(gòu)應(yīng)力與穩(wěn)定性?

扭曲引入層間應(yīng)力可能導(dǎo)致 ?力學(xué)性能局部弱化?（如宏觀強(qiáng)度低于理論值），但sp2雜化蜂窩結(jié)構(gòu)仍保持高本征強(qiáng)度。純凈界面（無(wú)污染物）是維持量子相干性的關(guān)鍵。

性能轉(zhuǎn)變總結(jié)與條件?

扭曲角度、層數(shù)及外場(chǎng)（電/磁/壓）的協(xié)同調(diào)控，使石墨烯成為研究高溫超導(dǎo)、量子計(jì)算和新型光電器件的理想平臺(tái)。