六年前的一項發現席捲了凝聚態物理界：堆疊在兩個稍微傾斜的層中的超薄碳成為超導體，改變層之間的扭轉角度可以改變其電特性。地標2018年論文描述「魔角石墨烯超晶格」開創了一個名為「雙電子學」的新領域，第一作者是當時的麻省理工學院研究生和哈佛大學初級研究員曹元。

曹及其同事與哈佛大學物理學家阿米爾·雅各比（Amir Yacoby）、埃里克·馬祖爾（Eric Mazur）等人一起，在這項基礎工作的基礎上，通過發明一種更簡單的方法來扭轉和研究多種材料，為更多扭轉電子學科學鋪平了道路。

一個新的紙在自然描述了團隊的指甲蓋大小的機器，可以隨意扭曲薄材料，取代了一件一件製造扭曲設備的需要。具有易於研究和操作特性的薄二維材料對高性能電晶體具有巨大影響，光學元件例如太陽能電池和量子計算機等。

「這一發展使得扭轉就像控制電子密度哈佛大學物理學和應用物理學教授 Yacoby 說：「控制密度一直是在低維物質中發現新物質相的主要旋鈕，現在，我們可以控制密度和扭轉角，開啟無限可能。」發現的可能性。 」

曹先發扭雙層石墨烯作為麻省理工學院 Pablo Jarillo-Herrero 實驗室的研究生。儘管令人興奮，但這項成就因複製實際扭曲的挑戰而受到影響。

曹解釋說，當時每個扭曲的裝置都很難生產，因此既獨特又耗時。為了利用這些設備進行科學研究，他們需要數十甚至數百個。曹說，他們想知道是否可以製造「一種設備來扭轉所有材料」——一種可以隨意扭轉兩層材料的微型機器，從而無需數百個獨特的樣品。他們將他們的新設備稱為基於 MEMS（微機電系統）的 2D 材料通用驅動平台，簡稱 MEGA2D。

Yacoby 和 Mazur 實驗室合作設計了這個新工具包，可推廣到石墨烯和其他材料。

「透過我們的 MEGA2D 技術有了這個新的『旋鈕’，我們設想扭曲石墨烯和其他材料中的許多潛在難題可以輕而易舉地得到解決，」現任加州大學柏克萊分校助理教授的曹說。“它肯定還會帶來其他新發現。”

在論文中，研究人員用兩片六方氮化硼（石墨烯的近親）展示了他們的裝置的實用性。他們能夠研究雙層裝置的光學特性，找到具有令人垂涎的拓樸特性的準粒子的證據。

他們的新系統的易用性開闢了幾條科學道路，例如，採用六方氮化硼雙電子學來生產可用於低損耗光通訊的光源。

曹說：“我們希望我們的方法能夠被這個繁榮領域的許多其他研究人員採用，並且所有人都可以從這些新功能中受益。”

論文的第一作者是奈米科學和光學專家唐浩寧，他是 Mazur 實驗室的博士後研究員、哈佛量子計畫研究員，他指出開發 MEGA2D 技術是一個漫長的反覆試驗的過程。

「我們對如何即時控制 2D 材料的介面知之甚少，現有的方法根本無法解決這個問題，」她說。「儘管多次嘗試失敗，但在無塵室中花費了無數個小時並完善了 MEMS 設計之後，我們終於在大約一年的實驗後找到了可行的解決方案。”唐補充說，所有奈米製造都在哈佛大學奈米系統中心進行，工作人員提供了寶貴的技術支援。

巴爾幹斯基物理學和應用物理學教授 Mazur 表示：“將 MEMS 技術與雙層結構相結合的裝置的奈米製造是一項名副其實的傑作。”“能夠調整所得裝置的非線性響應，為光學和光子學領域的全新裝置類型打開了大門。”

這個故事是由哈佛公報，哈佛大學的官方報。欲了解更多大學新聞，請訪問哈佛教育網。引文