芝加哥大学和山西大学的科学家们宣布，他们已经创造出一种方法，可以使用激光“模拟”一种材料，物理学家多年来一直对其潜在的技术应用垂涎三尺。

这种新方法可用于更好地理解这种被称为扭曲双层晶格的材料的工作原理，并可能为新的电子学或量子技术指明方向。该作品发表在《自然》杂志上。

颠覆传统

四年前，麻省理工学院的科学家们发现了一个惊人的变化：如果在堆叠时扭曲薄片，普通碳原子薄片可以变成超导体。

超导体是一种稀有的材料，能够完美导电，毫无损耗。科学家和工程师可以设想超导体的各种用途——它们已经是核磁共振成像的基础——但它们有很大的局限性，包括必须冷却到零以下才能工作。科学家们希望，如果他们能够充分理解其中的物理原理，就可以设计出新的超导体，开启各种技术可能性。

“每当有人发现一类新的超导体时，物理学界都会引起注意，”芝加哥大学物理学教授、这项新研究的合著者ChengChin说。“但这个特别令人兴奋，因为它是基于石墨烯这样一种简单而普通的材料。”

石墨烯是最简单的材料：它是碳原子的薄晶格。科学家们迅速探索可能的应用，引发了对一个名为扭曲电子学或“twistronics”的新领域的大量研究。

但是，尽管石墨烯在某些方面非常简单，但事实证明，研究它在这些扭曲的薄片中堆叠时如何超导是有些困难的。例如，科学家们希望以微小的增量旋转工作表，并查看每次属性会发生什么变化;但是石墨烯片往往会粘在一起，如果移动它们就会撕裂。

Chin的实验室和山西团队此前设计了使用冷却原子和激光复制复杂量子材料的方法，以便于研究——因此他们认为他们可以对扭曲双层系统做同样的事情。

该团队与山西大学的研究人员合作，设计了一种创新的方法来“模拟”这些扭曲的格子。

他们取出一种叫做铷的元素的原子，将它们冷却，然后用激光将它们组织成两个晶格，一个在另一个上面。然后，为了帮助两个晶格相互作用，科学家们应用了微波。

这种组合起到了作用。该材料显示出“超流动性”——一种类似于超导性的特性，其中粒子可以流过它而不会因摩擦而减慢速度。使用该系统，研究人员在原子中观察到一种新形式的超流体，这要归功于调整两个晶格的扭曲角度的能力。

通过改变微波的强度，科学家们发现他们可以控制两种晶格相互作用的强度。同时，他们可以很容易地用激光旋转两个晶格。

“这使它成为一个非常灵活的系统，”Chin说。“例如，有些人想要探索将两层移动到三层甚至四层。使用我们的设置很容易做到这一点。”

通过使用新装置探索这些扭曲的双层晶格，科学家们希望能够在电子新材料或量子技术中控制信息的方法方面取得突破。