8月16日消息，由哥廷根大学领导的一个国际研究小组在天然双层石墨烯的高精度研究中发现了新的量子效应，并与德克萨斯大学达拉斯分校一起使用他们的理论工作对其进行了解释。这项研究为电荷载体和不同阶段的相互作用提供了新的见解，并有助于理解所涉及的过程。慕尼黑的 LMU 和日本筑波的国家材料科学研究所也参与了这项研究，研究结果发表在《自然》杂志上。

一块胶带上的石墨烯。图片来源：Christoph Hohmann（MCQST 集群）

2004 年，一个英国研究小组首次发现了一种新型材料石墨烯，它是一种极薄的碳原子层。除了其他不寻常的特性外，石墨烯还以其极高的导电性而闻名。如果两个单独的石墨烯层以非常特定的角度相互扭曲，系统甚至会变得超导（即在没有任何电阻的情况下导电）并表现出其他令人兴奋的量子效应，例如磁性。然而，到目前为止，这种扭曲的石墨烯双层的生产需要更多的技术加持。

这项新颖的研究使用了天然形式的双层石墨烯，不需要复杂的制造。第一步，在实验室中使用简单的胶带将样品从一块石墨中分离出来。为了观察量子力学效应，哥廷根团队随后施加了一个垂直于样品的高电场：系统的电子结构发生了变化，并且发生了具有相似能量的电荷载流子的强烈积累。

在略高于负 273.15 摄氏度的绝对零的温度下，石墨烯中的电子可以相互作用——并且各种复杂的量子相完全出乎意料地出现。例如，相互作用导致电子的自旋对齐，使材料具有磁性，而无需任何进一步的外部影响。通过改变电场，研究人员可以不断改变双层石墨烯中电荷载流子的相互作用强度。在特定条件下，电子的运动自由度可能受到限制，以至于它们形成自己的电子晶格，并且由于它们相互排斥的相互作用而不再有助于传输电荷。

“未来的研究现在可以专注于进一步研究量子态，”Thomas Weitz 教授和博士说。

哥廷根大学物理系学生 Anna Seiler说：“为了访问其他应用程序，例如量子计算机等新型计算机系统，研究人员需要找到如何在更高温度下实现这些结果。然而，我们新研究中开发的当前系统的主要优势在于材料制造的简单性。”