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物理学家命名并编纂纳米技术的新领域 '电子量子超材料'

当两个原子级薄的二维层堆叠在一起并且一个层相对于第二层旋转时,它们开始产生图案 - 熟悉的莫尔图案 - 这两个层都不能自己生成并且促进光和电子的通过,允许出现不寻常现象的材料。例如,当两个石墨烯层重叠并且它们之间的角度为1.1度时,材料变成超导体。

“这有点像开车经过一个葡萄园,看着窗外的葡萄园排。时不时地,你看到没有排,因为你正在直视一排,”纳撒尼尔·加博尔说,他是该部门的副教授。加州大学河滨分校的物理和天文学。“这类似于当两个原子层堆叠在一起时会发生的情况。在某些扭转角度下,一切都在能量上得到允许。它恰好增加了能量传递的有趣可能性。”

Gabor补充说,这是通过扭曲和堆叠原子薄层合成的新材料的未来,并且仍处于“炼金术”阶段。他和新加坡南洋理工大学的物理学家Justin CW Song将这一切都集中在一个屋檐下,他们提出这个研究领域被称为“电子量子超材料”,并刚刚发表了一篇关于自然纳米技术的观点文章。

“我们强调工程合成周期阵列的潜力,其特征尺寸低于电子波长。这种工程允许以不寻常的方式操纵电子,从而产生一系列具有非常规响应的合成量子超材料,”Gabor说。超材料是一类经过精心设计的材料,可以产生不天然存在的特性。例子包括光学隐形装置和类似于灯塔使用的菲涅耳透镜的超级透镜。大自然也采用了这样的技术 - 例如,在蝴蝶翅膀的独特着色中 - 在光子穿过纳米级结构时操纵光子。

“然而,与几乎不相互作用的光子不同,亚波长结构超材料中的电子带电,并且它们强烈相互作用,”Gabor说。“结果是各种各样的突现现象和极其新的相互作用的量子超材料。”Gabor和Song受Nature Nanotechnology邀请撰写评论文章。但两人选择深入研究,并列出可能解释电子量子超材料研究的基础物理学。他们写了一篇观点文件,设想了该领域的现状并讨论了它的未来。

“包括在我们自己的实验室中的研究人员正在探索各种超材料,但没有人给这个领域提供过一个名字,”Gabor说,他指导UCR的量子材料光电子实验室。“这是我们写作视角的意图。我们是第一个编写基础物理学的人。在某种程度上,我们正在表达这个新兴的领域的周期表。编写所有已完成的工作是一项艰巨的任务。到目前为止已经完成并提出了一个统一的图片。这些想法和实验已经成熟,文献显示在为电子创建量子材料方面取得了迅速进展。现在是时候将它全部集中在一个伞下并提供一个路线图研究人员对未来的工作进行分类。“

从视角来看,Gabor和Song收集了电子超材料的早期例子,并从中提炼出电子控制的新兴设计策略。他们写道,当亚波长结构样本中的电子相互作用以表现出意想不到的紧急行为时,新领域最有希望的方面之一就出现了。“出现的扭曲双层石墨烯的超导性行为令人惊讶,”Gabor说。“它显着地表明,电子相互作用和亚波长特征如何在量子超材料中共同作用以产生全新的现象。这样的例子为电子超材料描绘了令人兴奋的未来。到目前为止,我们只是设定了阶段对于很多新工作来说。“

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