辉煌的2D材料获得新的表现

自从2004年发现石墨烯以来，科学家们一直在寻找让这种天才的原子级薄2D材料发挥作用的方法。石墨烯比单链DNA薄，但比钢强200倍。石墨烯是电和热的极好导体。它可以适应从超薄2D片到电子电路的各种形状。

去年，由伯克利实验室材料科学教授、加州大学伯克利分校物理学教授王峰带领的一组研究人员，开发出了一种多任务石墨烯器件，可以从有效导电的超导体，切换到可以抗电的绝缘体。电流流动，然后回到超导体。

现在，正如今天的《自然》杂志所报道的，研究人员充分利用了石墨烯系统的天赋，不仅发挥了两个特性，还发挥了三个特性：超导性、绝缘性和一种叫做铁磁性的磁性。多任务处理设备可以使新的物理实验成为可能，例如为更快的下一代电子设备(如量子计算技术)寻求电路研究。

“到目前为止，具有超导、绝缘和磁性的材料非常罕见。大多数人认为石墨烯通常没有磁性，所以很难在石墨烯中感应出磁性。我们的石墨烯系统是第一个结合这三种材料的系统，加州大学伯克利分校王朝超纳米光学研究组博士后研究员郭说。

用电打开石墨烯的隐藏潜力

石墨烯在电子领域具有巨大的潜力。陈说，它的原子薄结构加上强大的电子和导热性，“可以在开发下一代电子和存储存储设备方面提供独特的优势。”他还在伯克利实验室的材料科学系担任博士后研究员。

问题是，今天电子设备中使用的磁性材料是由铁磁金属(如铁或钴合金)制成的。像普通条形磁铁一样，铁磁材料有北极和南极。当铁磁材料被用于在计算机硬盘上存储数据时，这些磁极指向上或指向下，代表0和1，这被称为位。

然而，石墨烯不是由磁性金属制成的，而是由碳制成的。

因此，科学家们提出了一个创造性的解决方案。

他们设计了一个厚度只有1纳米的超薄器件和三层原子级薄石墨烯。当石墨烯层夹在2D氮化硼层之间时，石墨烯层(在研究中称为三层石墨烯)形成一个重复的图案，称为莫尔超晶格。

通过向石墨烯器件的网格施加电压，来自电源的力使器件中的电子向同一个方向旋转，就像一辆微型汽车在赛道上比赛一样。这创造了一种强大的动力，将石墨烯器件转化为铁磁系统。

更多的测量结果揭示了一组惊人的新特征：石墨烯系统的内部不仅是磁性的，而且是绝缘的。虽然它是磁性的，但它的外缘成为一个没有阻力运动的电流通道。研究人员说，这种特性是一种罕见的绝缘体，叫做陈省身绝缘体。

更令人惊讶的是，麻省理工学院合著者亚-张卉的计算表明，石墨烯器件不仅有一个导电边，还有两个导电边，这使得它们成为第一个被观测到的“高阶Chern绝缘体”，这是由于三层石墨烯中强烈的电子-电子相互作用。

在一个名为拓扑学的研究领域，科学家们一直在追求研究物质特殊状态的陈省身绝缘体。Chern绝缘体为在量子计算机中处理信息提供了一种潜在的新方法，在量子计算机中，数据存储在量子位或量子位中。一个量子位可以代表1、0或1和0的状态。

“我们的发现表明，石墨烯是研究不同物理的理想平台，从单粒子物理到超导，现在是拓扑物理，可以研究2D材料中物质的量子相。”“令人兴奋的是，我们现在可以在厚度只有百万分之一毫米的微型器件中探索新的物理。”

研究人员希望在他们的石墨烯器件上进行更多的实验，以更好地了解Chern绝缘体/磁体的外观及其异常特征背后的机制。

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