6月11日国际顶级学术杂志《自然》第三次同期发表两篇有关魔角石墨烯的论文,“天才少年”曹原参与其中一篇研究,两项成果为针对魔角石墨烯电子微观机制的互补性研究。 具体介绍如下:
发表情况
6月11日,国际顶级学术杂志《自然》第三次同期发表两篇有关魔角石墨烯的论文,曹原的名字再次出现。
第一篇论文题目为“Cascade of electronic transitions in magic-angle twisted bilayer graphene”,由以色列魏茨曼科学研究所和曹原所在的麻省理工学院(MIT)Pablo Jarillo-Herrero课题组合作完成。
第二篇论文题目与第一篇相同,来自美国普林斯顿大学。
研究背景
之前研究已发现,把两层上下堆叠的石墨烯扭出约1.1度的魔角偏移,材料会在低温下呈现出一系列奇妙的电子学状态,如超导体、关联绝缘体、拓扑体。此次两项研究旨在从微观机制上理解这些相是如何出现的。
第一篇论文主要内容
以色列S. Ilani教授、曹原以及他的导师P. Jarillo-Herrero教授合作,通过测量局域电子压缩性,发现这些相起源于一个拥有很多能带的高能态。
当载流子加入系统中,电子并非均等填充,而是通过一系列尖锐的级联相变完成,在莫尔晶格整数层附近表现出强烈的非对称跃迁。
研究团队发现,这种电子偏好对称性的强烈破坏和狄拉克电子特征的回复,形成了魔角石墨烯的母态。

第二篇论文主要内容
普林斯顿大学的B. Andrei Bernevig教授与Ali Yazdani教授使用高分辨率扫描隧道显微镜,确定随着电子填充,魔角石墨烯会出现一系列光谱跃迁。
每填充完整一个莫尔带,其化学势都会明显变化,低能激发发生重排。这种光谱特征是库伦相互作用造成的,且对垂直磁场的存在非常敏感。
研究结果表明,这种级联跃迁描述了魔角石墨烯是如何从高温下的母态演变出低温下各种奇妙的相。

研究成果的关联性
两项成果是针对魔角石墨烯的电子微观机制的互补性研究,且两个研究工作在同一天于《自然》上正式发表,投稿日期也在同一天。

石墨烯科普
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料,具有高强度的柔韧性、导热导电、光学性质等基本特性。
它是未来手机电池材料替代者,与现有的锂离子电池相比,有望提升45%的电量、拥有更长的寿命,且充电速度更快。
2018年3月6日,年仅22岁的曹原就在《自然》杂志以第一作者身份连发2篇论文,介绍石墨烯超导现象的重大发现。这两篇论文阐述了将两层平行石墨烯堆成约1.1°的微妙角度时,就会产生以0电阻传输电子的神奇超导效应,这一发现轰动国际学界,直接开辟了凝聚态物理的一块全新研究领域。


