研究：扭转堆叠石墨烯展现独特电子特性

宾夕法尼亚大学（University of Pennsylvania）和布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）合作研究发现，在呈错开状态堆叠的双层石墨烯材料内流动的电子出现独特的行为。研究人员表示，这项发现对量子电脑芯片和通讯技术的发展有重要意义。

研究者之一布鲁克海文国家实验室的戴中伟（Zhongwei Dai，音译）说：“对于电子在半导体内如何流动的认知，是建造当今电脑芯片的基础。但是，受到晶体管最小体积的限制，能放在一个芯片上的晶体管数量已经达到极限，因此硅芯片的物理特性已经被挖掘到极限。如果我们能了解电子在只有几纳米那样更小的尺度范围内如何移动的特性，我们就有可能打开一个新的领域用电子探索量子信息世界。”

宾夕法尼亚大学的新闻稿介绍说，当材料在只有几纳米的尺度下，里面的电子被限制在和它们自身波长差不多尺寸的空间之内，这导致材料整体的光电特性出现一系列特殊的变化，也叫量子局限效应（Quantum Confinement Effect）。这份研究探索了石墨烯材料里面电子和光子在这样微观尺度内所展现的特性。

研究人员设计了三种石墨烯结构：单层、伯纳尔堆叠双层（Bernal stacked）和扭转双层。伯纳尔堆叠又分为AB型和AA型。前者半数上层的原子叠在下层石墨烯片内六角形结构的中心，半数原子直接叠在下层原子之上;后者则是两层石墨烯片完全对齐地叠在一起。扭转堆叠是一层石墨烯相对另一层错开一定角度堆叠。

利用鲁克海文国家实验室的设备，研究人员观察到，在两种双层结构内都看到了电子和光子在两层之间共振的现象，而且电子在两层之间流动的速度与共振频率相等。

研究人员还发现，当把两层石墨烯错开一定角度地堆叠，将明显地增大石墨烯两层之间的空隙，从而影响两层材料之间的互动，继而影响电子在其间流动的特性。这份研究发现当一层相对另一层错开30度的情况下，电子共振的能量降低。

合作研究员萨多夫斯基（Jurek Sadowski）说：“由于两层之间可供电子移动的间隙增大，利用扭转石墨烯制造的设备可能会具有令人想不到的特性。”

这份研究8月20日发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。