由兩個導(dǎo)體構(gòu)成的絕緣體

歐姆定律在物理課上是眾所周知的。它指出導(dǎo)體的電阻和施加在其上的電壓決定了有多少電流流過導(dǎo)體。材料中的電子 - 帶負(fù)電的載流子 - 以無序的方式移動，并且在很大程度上彼此獨(dú)立。然而，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)它更有趣，當(dāng)電荷載體彼此之間的影響足夠強(qiáng)烈以至于那張簡單的圖片不再正確時。

例如，幾年前發(fā)現(xiàn)的“扭曲雙層石墨烯”就是這種情況。該材料由兩個極薄的石墨烯層制成，每個層都由單層碳原子組成。如果兩個相鄰的層相對于彼此稍微扭曲，則電子會受到影響，使它們彼此之間發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用。因此，例如，材料可以變得超導(dǎo)，從而在沒有任何損失的情況下傳導(dǎo)電流。

由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院固態(tài)物理實(shí)驗(yàn)室的克勞斯·恩斯林 (Klaus Ensslin) 和托馬斯·伊恩 (Thomas Ihn) 領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員，以及德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校(美國)的同事，現(xiàn)已觀察到扭曲雙層石墨烯中的一種新狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，材料中缺少電子的帶負(fù)電的電子和帶正電的所謂空穴相互關(guān)聯(lián)如此之強(qiáng)，以至于材料不再傳導(dǎo)電流。

扭曲的石墨烯層

“在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，石墨烯層相對于彼此扭曲大約一個度，電子的遷移率受到層間量子力學(xué)隧道效應(yīng)的影響”，博士后和該論文的主要作者 Peter Rickhaus 解釋說。研究最近發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。“相比之下，在我們的新實(shí)驗(yàn)中，我們將兩個雙層石墨烯相對于彼此扭曲了兩度以上，因此電子基本上不再能在雙層之間形成隧道。”

通過耦合增加電阻

因此，通過施加電場，可以在雙層之一中產(chǎn)生電子，而在另一層中產(chǎn)生空穴。電子和空穴都可以傳導(dǎo)電流。因此，人們會期望兩個石墨烯雙層一起形成一個電阻更小的更好的導(dǎo)體。

然而，在某些情況下，可能會發(fā)生完全相反的情況，正如 Ensslin 團(tuán)隊(duì)的博士后 Folkert de Vries 解釋的那樣：“如果我們調(diào)整電場，使電場中的電子和空穴數(shù)量相同雙層，電阻突然急劇增加。”幾個星期以來，恩斯林和他的合作者無法理解這個令人驚訝的結(jié)果，但最終他們的理論同事來自奧斯汀的艾倫 H.麥克唐納給了他們一個決定性的提示：根據(jù)麥克唐納的說法，他們觀察到了一種新的密度波。

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