研究人员探寻到了一种新的量子尺子来探索奇异物质

将多块石墨烯层堆叠放置在一起，就会出现轻微的错位——相互之间以特定的角度扭曲——它们就会呈现出过多的奇异特性。根据扭曲角度的不同，这些被称为摩尔量子物质的材料可以突然产生自己的磁场，变成零电阻的超导体，或者相反，变成完美的绝缘体。

美国国家标准与技术研究院(NIST)的Joseph a . Stroscio和他的同事们，以及一个国际合作团队，已经开发出一种“量子尺子”来测量和探索这些扭曲材料的奇怪特性。这项工作还可能产生一种新的、小型化的电阻标准，可以直接在工厂车间校准电子设备，而无需将它们送到异地标准实验室。

为了测量能级，研究小组使用了Stroscio在NIST设计和制造的多功能扫描隧道显微镜。当研究人员在磁场中对石墨烯双层施加电压时，显微镜记录了从材料“隧穿”到显微镜探针尖端的电子产生的微小电流。

在磁场中，电子沿圆周运动。通常，固体材料中电子的圆形轨道与外加磁场有特殊的关系:由于电子的量子性质，每个圆形运行轨道所包围的面积乘以圆柱形外加磁场，只能取相对于一组长短不同的固定的圆周运动的离散值。

为了保持这个固定的乘积，如果磁场减半，那么绕轨道运行的电子所包围的面积必须翻倍。遵循这种模式的连续能级之间的能量差可以像尺子上的刻度一样用来测量材料的电子和磁性能。这种模式的任何细微偏差都将代表一种新的量子标尺，它可以反映研究人员正在研究的特定量子莫尔材料的轨道磁性。

在摩尔量子材料中，电子有一系列可能的能量——高和低，形状像一个鸡蛋盒——这是由材料的电场决定的。电子集中在较低的能态，或纸箱的谷重。NIST的理论物理学家Paul Haney说，双层中山谷之间的大间距，比任何单层石墨烯或多层未扭曲的石墨烯中的原子间距都要大，这解释了该团队发现的一些不寻常的磁性。他补充说，这些结果表明，在这种情况下，磁性材料可以通过改变它们的形状来产生不同的性质。

（编辑：银川站长网）

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