六年前的一项发现席卷了凝聚态物理界：堆叠在两个稍微倾斜的层中的超薄碳成为超导体，改变层之间的扭转角度可以改变其电特性。地标2018年论文描述“魔角石墨烯超晶格”开创了一个名为“双电子学”的新领域，第一作者是当时的麻省理工学院研究生和哈佛大学初级研究员曹元。

曹及其同事与哈佛大学物理学家阿米尔·雅各比（Amir Yacoby）、埃里克·马祖尔（Eric Mazur）等人一起，在这项基础工作的基础上，通过发明一种更简单的方法来扭转和研究多种材料，为更多扭转电子学科学铺平了道路。

一个新的纸在自然描述了该团队的指甲盖大小的机器，可以随意扭曲薄材料，取代了一件一件制造扭曲设备的需要。具有易于研究和操作特性的薄二维材料对高性能晶体管具有巨大影响，光学器件例如太阳能电池和量子计算机等。

“这一发展使得扭转就像控制电子密度哈佛大学物理学和应用物理学教授 Yacoby 说：“控制密度一直是在低维物质中发现新物质相的主要旋钮，现在，我们可以控制密度和扭转角，开启无限可能。”发现的可能性。”

曹先发扭双层石墨烯作为麻省理工学院 Pablo Jarillo-Herrero 实验室的研究生。尽管令人兴奋，但这一成就因复制实际扭曲的挑战而受到影响。

曹解释说，当时每个扭曲的装置都很难生产，因此既独特又耗时。为了利用这些设备进行科学研究，他们需要数十甚至数百个。曹说，他们想知道是否可以制造“一种设备来扭转所有材料”——一种可以随意扭转两层材料的微型机器，从而无需数百个独特的样品。他们将他们的新设备称为基于 MEMS（微机电系统）的 2D 材料通用驱动平台，简称 MEGA2D。

Yacoby 和 Mazur 实验室合作设计了这个新工具包，该工具包可推广到石墨烯和其他材料。

“通过我们的 MEGA2D 技术有了这个新的‘旋钮’，我们设想扭曲石墨烯和其他材料中的许多潜在难题可以轻而易举地得到解决，”现任加州大学伯克利分校助理教授的曹说。“它肯定还会带来其他新发现。”

在论文中，研究人员用两片六方氮化硼（石墨烯的近亲）展示了他们的装置的实用性。他们能够研究双层器件的光学特性，找到具有令人垂涎的拓扑特性的准粒子的证据。

他们的新系统的易用性开辟了几条科学道路，例如，采用六方氮化硼双电子学来生产可用于低损耗光通信的光源。

曹说：“我们希望我们的方法能够被这个繁荣领域的许多其他研究人员采用，并且所有人都可以从这些新功能中受益。”

该论文的第一作者是纳米科学和光学专家唐浩宁，他是 Mazur 实验室的博士后研究员、哈佛量子计划研究员，他指出开发 MEGA2D 技术是一个漫长的反复试验的过程。

“我们对如何实时控制 2D 材料的界面知之甚少，现有的方法根本无法解决这个问题，”她说。“尽管多次尝试失败，但在洁净室中花费了无数个小时并完善了 MEMS 设计之后，我们终于在大约一年的实验后找到了可行的解决方案。”唐补充说，所有纳米制造都在哈佛大学纳米系统中心进行，工作人员提供了宝贵的技术支持。

巴尔干斯基物理学和应用物理学教授 Mazur 表示：“将 MEMS 技术与双层结构相结合的器件的纳米制造是一项名副其实的杰作。”“能够调整所得器件的非线性响应，为光学和光子学领域的全新器件类型打开了大门。”

这个故事是由哈佛公报，哈佛大学的官方报纸。欲了解更多大学新闻，请访问哈佛教育网。引文