曼彻斯特大学国家石墨烯研究所(NGI)的研究人员重新审视了地球上最古老的材料之一——石墨——并发现了几十年来一直回避该领域的新物理学。
尽管完全是由排列成蜂窝状的碳原子层构成，但天然石墨并不像人们想象的那么简单。这些原子层彼此堆叠的方式可以产生不同类型的石墨，其特征是连续原子平面的堆叠顺序不同。
大多数自然出现的石墨具有六边形堆叠，使其成为地球上最“普通”的材料之一。石墨晶体的结构是一种重复的图案。这种模式在晶体表面被破坏，并导致所谓的“表面状态”，这种状态就像波浪一样，随着你深入晶体，它会慢慢消失。但是石墨的表面状态是如何调节的，还没有被很好地理解。
范德华技术和扭转电子学(将两个二维晶体以一定的扭转角度堆叠，从而在很大程度上调整所得结构的性质，因为它们的界面上形成了莫尔条纹)是二维材料研究的两个主要领域。现在，由Artem Mishchenko教授领导的NGI研究小组，利用moir
特别是，Mishchenko教授将涡旋电子学技术扩展到三维石墨，发现涡流势不仅可以改变石墨的表面状态，还可以影响整个石墨晶体的电子谱。就像著名的公主和豌豆的故事一样，公主把豌豆穿过了二十张床垫和二十张羽绒床。以石墨为例，排列界面上的涡流势可以穿透40多个石墨原子层。
这项研究发表在最新一期的《自然》杂志上，研究了六方氮化硼晶体排列产生的块状六方石墨中莫尔条纹的影响。最令人着迷的结果是观察到石墨表面和体态的2.5维混合，这表现为一种新型的分形量子霍尔效应——2.5维霍夫施塔特蝴蝶。
曼彻斯特大学的Artem Mishchenko教授已经在石墨中发现了2.5维量子霍尔效应，他说:“石墨产生了著名的石墨烯，但人们通常对这种‘老’材料不感兴趣。现在，即使我们在过去几年里积累了关于石墨不同堆叠和排列顺序的知识，我们仍然发现石墨是一个非常有吸引力的系统——还有很多有待探索。”
该论文的主要作者之一Ciaran Mullan补充说:“我们的工作为通过扭曲电子学控制二维和三维材料的电子特性开辟了新的可能性。”
国家石墨烯研究所所长、物理天文学系理论物理学家Vladimir Fal'ko教授补充说:“石墨中不寻常的2.5D量子霍尔效应是强磁场中的朗道量子化和量子约束两种量子物理教科书现象相互作用的结果，导致了另一种新型量子效应。”
这个研究小组现在正在进行石墨的研究，以更好地了解这种令人惊讶的有趣材料。
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希望本篇文章《霍夫施塔特蝴蝶的捕捉：揭示地球上最古老材料中的莫伊氏表面与体积状态的结合》能对你有所帮助！
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