才华横溢的2D材质获得新的演出

自从2004年发现石墨烯以来，科学家一直在寻找方法来使这种才华横溢，原子薄的2D材料发挥作用。石墨烯比单链DNA还要细，但比钢强200倍，是电和热的极佳导体，它可以适应从超薄2D薄片到电子电路的各种形状。

去年，由伯克利实验室材料科学系的教授，加州大学伯克利分校的物理学教授王峰带领的一组研究人员开发了一种多任务石墨烯器件，该器件可以从有效导电的超导体切换到可抵抗电的绝缘体。电流流动，然后又回到超导体。

现在，正如今天在《自然》杂志上所报道的那样，研究人员已经充分利用了石墨烯系统的才能，不仅发挥了两种特性，而且还发挥了三种特性：超导，绝缘和一种称为铁磁性的磁性。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)寻求电路方面的研究。

“到目前为止，同时具有超导，绝缘和磁性特性的材料非常罕见。大多数人认为，石墨烯通常不会磁性，因此很难在石墨烯中感应出磁性。我们的石墨烯系统是第一个将这三种材料结合在一起的系统这项研究的主要作者，美国加州大学伯克利分校的王超超纳米光学研究小组的博士后研究员郭国瑞说。

用电打开石墨烯的隐藏电位

石墨烯在电子领域具有很大的潜力。Chen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内存存储设备方面提供独特的优势。”他还曾在伯克利实验室材料科学系担任博士后研究员在研究时。

问题是当今电子设备中使用的磁性材料是由铁磁性金属(例如铁或钴合金)制成的。铁磁材料像普通的条形磁铁一样，具有北极和南极。当使用铁磁材料将数据存储在计算机硬盘上时，这些磁极向上或向下指向，表示零和一，称为位。

但是，石墨烯不是由磁性金属制成的，而是由碳制成的。

因此，科学家提出了一个创造性的解决方法。

他们设计了一种厚度仅为1纳米的超薄设备，具有三层原子薄的石墨烯。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)形成称为莫尔超晶格的重复图案。

通过通过石墨烯设备的栅极施加电压，来自电力的力促使设备中的电子沿相同的方向旋转，就像微型汽车在轨道上竞赛一样。这产生了强大的动量，该动量将石墨烯设备转变为铁磁系统。

更多的测量结果揭示了一组惊人的新特性：石墨烯系统的内部不仅变成磁性，而且绝缘。尽管有磁性，它的外边缘却变成了没有电阻运动的电流通道。研究人员说，这种特性是一类罕见的绝缘子，称为Chern绝缘子。

更令人惊讶的是，麻省理工学院的合著者Ya-Hui Zhang的计算显示，石墨烯器件不仅具有一个导电边缘，而且具有两个导电边缘，这使其成为第一个观察到的“高阶Chern绝缘子”，这是由于三层石墨烯中的强电子-电子相互作用。

在称为拓扑的研究领域中，科学家一直在追寻Chern绝缘子，该领域研究物质的奇特状态。Chern绝缘子为在量子计算机中处理信息提供了潜在的新方法，在量子计算机中，数据存储在量子位或量子位中。量子位可以表示1、0或同时表示1和0的状态。

“我们的发现表明，石墨烯是研究不同物理学的理想平台，从单粒子物理学到超导电性，现在是拓扑物理学，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仅为百万分之一毫米的微型设备中探索新的物理学。”

研究人员希望对他们的石墨烯器件进行更多的实验，以更好地了解Chern绝缘体/磁体的出现方式以及其异常特性背后的机理。