在一项新研究中，来自新加坡和西班牙的科学家提出了探索石墨烯奇异物理的新途径。他们专注于石墨烯夹在三层结构中时的电子相互作用，该结构提供了利用独特电子带配置的平台。
石墨烯是一种以六方晶格(排列)排列的二维碳原子片，具有高导电性、机械强度和柔韧性等特性。作为电子应用的有希望的候选者，这引起了科学家的兴趣。
然而，关于单层石墨烯的电子特性的研究却很少。
在这项新的《物理评论快报》研究中，研究人员通过将石墨烯夹在两个块体氮化硼层之间来重点研究这些特性。
该作品是第一作者MohammedM.AlEzzi博士论文的一部分。新加坡国立大学(NUS)博士，目前在新加坡国立大学ShaffiqueAdam教授的指导下担任博士后。
在材料科学中，不同层的材料相互堆叠以创建一种称为莫尔结构的新结构。这些层未对准，导致形成莫尔图案。
这些层通过各种力相互作用，在本例中是通过范德华力。这导致材料(石墨烯或氮化硼)内的电子所经历的势能发生变化，称为莫尔势。
因此，莫尔势是由两种材料的原子排列之间的干扰产生的，导致石墨烯层内势能的周期性调制。
这种莫尔势在影响材料的电子特性方面起着至关重要的作用，并可能导致平带和拓扑态等独特现象的出现。
三层和拓扑带
研究人员提出了一种三层结构，石墨烯层位于中间，以诱导拓扑带。由此产生的结构被称为超级莫尔结构。
它被称为超级莫尔结构，因为有两个不同的莫尔结构，来自顶部和底部氮化硼基板。这产生了一些奇异的物理学，即非常规物理学。
Adam教授解释说：“通过将石墨烯放置在氮化硼基底之间，并将排列调整到特定的扭曲角度，我们可以在石墨烯的能谱中引入拓扑平带。反过来，这些平带可能具有鲁棒的强相关电子态。”
拓扑带是材料中一种独特的电子态，由于其不寻常的结构而具有特殊的性质。它们代表了与导体或绝缘体等传统电子状态的背离。
在他们的工作中，研究人员指定底部氮化硼层的扭转角为0度，顶部氮化硼层的扭转角约为0.6度。这些角度表示相对于其原始方向应用于层的旋转量。
研究人员的三层结构模型表明，由于莫尔势，存在拓扑平带。
这些平带代表平坦的能级，这意味着这些带内电子的能量不会随着动量的变化而发生太大变化(将其视为穿越高原)。
相关物理和概括
现在出现的问题是：这些拓扑平带的意义是什么?
这些平带的存在是一种独特的特性，可用于利用不同的电子特性，从而实现独特的电子应用。
例如，拓扑绝缘体在体积上表现为绝缘体，但沿其表面或边缘导电。
研究人员认为，单层石墨烯的这些拓扑平带可能会产生相关物理，其中电子表现为一个集体单元(通过库仑相互作用)，从而产生新的电子态，例如超导性、磁性和绝缘相。
Adam教授解释说：“由多个单层石墨烯片制成的各种莫尔条纹系统已经显示出相关物理和平带的出现。然而，目前对于这些不同莫尔条纹系统中平带和平带的出现和相关物理现象还没有统一的认识。”
“对所有不同的基于石墨烯的莫尔系统中平带的出现和相关物理有统一理解的一种方法是研究单个单层片材中的平带。研究单个单层石墨烯可以告诉我们要显示的最低成分平带和相关相位。”
研究人员还通过将他们的发现扩展到石墨烯双层和三层结构来证明泛化性，显示出超导性的潜力。
他们进一步表明，这些拓扑平带极其稳定，表明它们支持相关物理的鲁棒性和可靠性。
保持质量和拓扑晶体管
还有其他几种方法可以诱导这些强电子相互作用，从而产生相关的物理现象。但是，其中一些会影响石墨烯本身的质量。
“在石墨烯中引发强电子相互作用的一种常见方法涉及机械变形。然而，这种方法通常会损害石墨烯的质量，并给控制带来挑战。”
“我们的方法通过诱导平带来促进更强的电子相互作用，同时保留石墨烯固有的高质量特性，”亚当教授说。
研究人员已经与一家名为FLEET的公司合作，该公司正在开发拓扑晶体管，并希望他们在拓扑平带方面的工作能够帮助实现新器件。
这些发现对于新型石墨烯电子学的发展是令人兴奋的，也进一步加深了对凝聚态物理和奇异物理的理解。